米兰体育

网易米兰体育 > > 正文

Science子刊:超过2000 h!

0
分享至

聚合物电解质(PEs)对于实现安全且高能量密度的锂金属电池(LMBs)至关重要,但其面临界面不稳定和锂(Li)枝晶等挑战。固态聚合物电解质(SPEs)具有消除电解液泄漏和抑制Li枝晶生长的潜力,已成为LMBs的有力候选材料,有望实现更高安全性、高能量密度。

基于此,清华大学张强教授和赵辰孜副研究员(共同通讯作者)等人报道了一种利用偶极-偶极相互作用调控锂离子溶剂化结构和界面化学的分子设计策略。通过将五氟苯基丙烯酸酯(PFA)引入聚合物网络,提出了一种原位聚合电解质(PFA-SPE)的分子设计策略,增强其与1, 2-二甲氧基乙烷(DME)溶剂之间的偶极-偶极相互作用,从而调控锂离子的溶剂化结构和界面化学。


图1.采用偶极-偶极相互作用策略的SPE设计原理

在本体系中,关键效应发生在界面反应之前。PFA链与1, 2-二甲氧基乙烷(DME)形成偶极-偶极相互作用,导致锂离子第一溶剂化层的重新分布,增强了阴离子的参与度,促使溶剂化物种由接触离子对(CIPs)向富集阴离子-阳离子聚集态(AGGs)转变。富含阴离子的环境有利于形成稳定且以LiF为主的固态电解质界面(SEI),有效抑制Li枝晶生长并稳定界面,从而实现高度可逆的Li沉积/剥离。测试发现,Li||Li对称电池表现出超过2000 h的长期稳定循环寿命,同时Li||NCM90电池在1.0 C倍率下维持超过1000次的稳定循环。具有高面容量(6.1 mAh cm-2)的无负极Cu||NCM90软包电池实现了579 Wh kg-1和1179 Wh liter-1的高能量密度。本研究凸显了偶极介导的溶剂化结构调控在聚合物电解质中的关键作用,并为高性能、高能量密度固态电池提供了一种普适性的设计方法。

图文解读

对于PFA-DME溶剂体系,在加入PFA单体后(PFA: DME摩尔比=1: 1),DME的1H NMR信号从3.52和3.36 ppm向高场位移至3.02和2.89 ppm,表明PFA与DME之间发生了分子间相互作用。随着PFA: DME摩尔比从1: 10增加到1: 1,DME的1H NMR信号逐渐向高场位移,表明两种组分之间的分子间相互作用随PFA含量的增加而不断增强。在PFA原位聚合后,这些交叉峰仍然存在,证实了聚-PFA与DME之间存在偶极-偶极相互作用。


图2.电解质的分子相互作用和溶剂化结构

此外,密度泛函理论(DFT)计算发现,PFA-DME和MeOA-DME的结合能分别为-0.37 eV和-0.19 eV,进一步支持了偶极-偶极相互作用强度的差异。7Li NMR结果显示,在D2O中1.0 M LiCl溶液(0 ppm)条件下,PFA-SPE和MeOA-SPE中的7Li信号分别出现在-1.25 ppm和-1.19 ppm处,表明PFA-SPE中Li+周围的电子云密度更高。分子动力学(MD)模拟显示,PFA-SPE表现出更高的Li-O(FSI-)配位数、更低的Li-O(DME)配位数以及更高的Li⁺扩散系数。


图3. SEI的微观结构和沉积Li金属的形态

基于PFA-SPE的Li||Li对称电池在0.5 mA cm-2电流密度下,在2000 h循环中表现出稳定性能,过电位稳定在70 mV,且无短路现象,表明长期循环过程中无枝晶生长的Li沉积及极少的副反应。在0.5和0.5 mAh cm-2条件下,采用PFA-SPE的Li||Cu电池表现出500次循环的性能,平均库仑效率(CEs)达99.1%,证实了其更高的可逆性,而使用MeOA-SPE的电池在300次循环后出现CE波动。在更严苛的条件下(1.0和3.0 mAh cm-2),MeOA-SPE在50次循环内CE出现波动并下降,而PFA-SPE在超过100次循环中保持稳定,平均CE为99.1%。此外,Li||Li对称电池在经过10、20、30、40和50次循环后,PFA-SPE的SEI电阻(RSEI)呈下降趋势,并持续低于MeOA-SPE系统的值,表明SEI层正逐步稳定。


图4. Li负极的可逆性和稳定性

当与NCM90匹配时,采用PFA-SPE的锂金属电池(LMBs)表现出极小的容量衰减,在1000次循环后仍保留初始容量的79.8%。值得注意的是,其循环寿命是MeOA-SPE系统的两倍以上。在0.3 C充放电条件下,Li|PFA-SPE|NCM90电池的比容量为178.3 mAh g-1,经过500次循环后容量保持率为79.8%。将比表面积提高至17.0 mg cm-2时,PFA-SPE在0.2 C下初始放电比容量为193.2 mAh g-1,经过150次循环后的容量保持率可达71.9%。

在4.5 V的高截止电压下,PFA-SPE表现出比MeOA-SPE更高的比容量(177.8 mAh g-1)和优异的循环稳定性(400次循环),而MeOA-SPE在1.0 C时仅能实现180次循环。在充放电倍率方面,PFA-SPE在0.1、0.2、0.5、1.0、2.0和4.0 C下分别提供213.6、199.1、181.5、169.1、147.6和90.9 mAh g-1的比放电容量,其电化学性能更优,电化学极化更小,优于MeOA-SPE。此外,无负极Cu||NCM90软包电池在35 °C下可提供7.72 Ah的放电容量,并实现高达579 Wh kg-1和1179 Wh liter-1的初始比能量,证明了PFA-SPE在提升实际LMBs稳定性的关键作用。


图5.全电池的性能和应用

文献信息

Dipole-dipole interaction facilitates anion-rich solvation structures in polymer electrolytes for solid-state lithium metal batteries. Science Advances, 2026, DOI: 10.1126/sciadv.aej0175.

(来源:网络版权属原作者 谨致谢意)

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
【油价大涨】再次腾飞,92号汽油连涨3次“大涨超8毛/升”后,10月29日油价或“再涨超300元/吨”

【油价大涨】再次腾飞,92号汽油连涨3次“大涨超8毛/升”后,10月29日油价或“再涨超300元/吨”

油价早知道
2026-10-21 09:24:44
尊界的刹车踏板断了,但大老板的咖啡不能洒

尊界的刹车踏板断了,但大老板的咖啡不能洒

吃瓜体
2026-10-08 11:36:45
全球也就20例!巴西一名19岁女子,在同一个夜晚与两位男性有过亲密接触,怀孕生下双胞胎后,竟意外发现两个孩子的生父并非同一人

全球也就20例!巴西一名19岁女子,在同一个夜晚与两位男性有过亲密接触,怀孕生下双胞胎后,竟意外发现两个孩子的生父并非同一人

扶苏聊历史
2026-10-10 11:04:50
25岁“跑步媛”半马猝死,距离终点仅500米

25岁“跑步媛”半马猝死,距离终点仅500米

健身S叔
2026-10-20 18:36:08
不要以为上班交的社保就是公司给你交的,其实都是你们自己交的

不要以为上班交的社保就是公司给你交的,其实都是你们自己交的

流苏晚晴
2026-10-21 10:59:20
一家子全是美籍,却还在国内“捞金”,年赚4亿,账上还躺着130亿

一家子全是美籍,却还在国内“捞金”,年赚4亿,账上还躺着130亿

大鱼简科
2026-10-21 09:55:41
老杜亲信逃到最安全的地方,马科斯收到警告:逮捕他或致万人被杀

老杜亲信逃到最安全的地方,马科斯收到警告:逮捕他或致万人被杀

湘评中外
2026-10-21 17:09:16
李小冉给所有男人都好好上了一课,那句"给你五个亿随便作",如今回头看全是讽刺

李小冉给所有男人都好好上了一课,那句"给你五个亿随便作",如今回头看全是讽刺

南万说娱26
2026-10-20 08:49:32
各科老师骂人经典语录,你还记得吗?网友:我去买几个橘子,你就在此地,不要走动

各科老师骂人经典语录,你还记得吗?网友:我去买几个橘子,你就在此地,不要走动

解读热点事件
2026-10-20 00:05:15
出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

出轨女子第二波聊天记录曝光,虎狼之词惊呆吃瓜网友,她嫌丢人开始批量投诉了

汉史趣闻
2026-09-01 17:55:01
女演员真的别瞎去整容!看《醉梦》里刘诗诗和黄小蕾同框,俩人的状态差距一眼就看穿

女演员真的别瞎去整容!看《醉梦》里刘诗诗和黄小蕾同框,俩人的状态差距一眼就看穿

动物奇奇怪怪
2026-10-21 13:03:39
四川大学华西医院泌尿外科专家:魏强

四川大学华西医院泌尿外科专家:魏强

荷兰豆爱健康
2026-10-21 03:13:00
开播第一!网大《一战成名》一出手,扯下了多少院线电影的遮羞布

开播第一!网大《一战成名》一出手,扯下了多少院线电影的遮羞布

糊咖娱评
2026-10-21 17:29:01
番茄小说决定杀死AI

番茄小说决定杀死AI

象先志
2026-10-20 20:38:12
杨立昆吐槽特斯拉新车Roadster不实用,马斯克回怼“放屁”

杨立昆吐槽特斯拉新车Roadster不实用,马斯克回怼“放屁”

IT之家
2026-10-20 15:55:06
对俄罗斯而言,这是极度危险的信号,乌克兰发射了至少17枚“火烈鸟”巡航导弹!

对俄罗斯而言,这是极度危险的信号,乌克兰发射了至少17枚“火烈鸟”巡航导弹!

林子说事
2026-10-19 09:04:23
成都“二仙桥大爷”再因电动车违规载货被拦?谭乔证实属实:警方人性化处理未罚款

成都“二仙桥大爷”再因电动车违规载货被拦?谭乔证实属实:警方人性化处理未罚款

上游米兰体育-米兰(中国)官网
2026-10-21 14:41:09
欧洲上下怎么都想不到,泽连斯基的“优雅”终究是到头了,当着欧洲一众高层的面,乌克兰话事人当即摊牌,直接甩出700亿账单

欧洲上下怎么都想不到,泽连斯基的“优雅”终究是到头了,当着欧洲一众高层的面,乌克兰话事人当即摊牌,直接甩出700亿账单

扶苏聊历史
2026-10-21 17:57:23
一场4-2!给穆帅信心:巴黎为皇马打样,巴萨暴露2短板,德比悬了

一场4-2!给穆帅信心:巴黎为皇马打样,巴萨暴露2短板,德比悬了

体育知多少
2026-10-21 06:38:18
工龄33年3个月,个人账户10.72万,普通人的工资,北京退休啦

工龄33年3个月,个人账户10.72万,普通人的工资,北京退休啦

平静话社保
2026-10-21 08:26:23
2026-10-21 18:48:49
化学人生 incentive-icons
化学人生
~人生如化学 化学悟人生~
7633文章数 20661关注度
往期回顾 全部

SpaceX收入暴涨!马斯克:这事"不再不可能"

日籍高管垂钓引发蒙古国大火:为钓极度濒危物种哲罗鲑

日籍高管垂钓引发蒙古国大火:为钓极度濒危物种哲罗鲑

“我,对得起天津足球!”

张柏芝自曝五点陪伴儿子 谢霆锋尴尬了

日赚近5亿的长鑫,股价却跌掉了15000亿

高新华:奇瑞致力于成为AI驱动的智能科技公司

态度原创

双人解谜《我们曾到此:明日遗踪》现已正式发售

小天才卖的早已不是“手表”,是“童年关系链的入场券”

J&P 集团亮相 2026 中国品牌出海博览会| 深耕跨境20载,品牌出海有J&P

荣耀WIN2系列正式发布,WIN RT2国补到手价3149元起

无障碍浏览 进入关怀版