陰離子調(diào)控助力高壓鋰金屬電池

一、研究背景使用固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)電池（ASSB）的設(shè)計(jì)策略有望實(shí)現(xiàn)高安全性和高比能儲(chǔ)能系統(tǒng)，主要是因?yàn)槠淇梢詰?yīng)用鋰金屬負(fù)極(理論容量約為3860mAhg-1和2061mAhcm-3)，但是在固態(tài)鋰金屬電池（SSLMB）中，不均勻的電解質(zhì)電極界面層加劇了界面穩(wěn)定性問題，導(dǎo)致界面離子/電荷傳輸不連續(xù)，電解質(zhì)持續(xù)退化。二、內(nèi)容簡介為了解決上述問題，本文提出了一種陰離子調(diào)制離子導(dǎo)體（AMIC），該導(dǎo)體通過利用聚合物和鋰鹽陰離子之間的多重相互作用下的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，能夠原位構(gòu)建高壓SSLMB的電解質(zhì)/電極界面。陰離子通過改變聚合物鏈的空間構(gòu)象來調(diào)節(jié)超分子聚碳酸亞乙烯酯（PVC）在電極界面的分解行為，從而進(jìn)一步增強(qiáng)離子傳輸并穩(wěn)定界面形態(tài)。此外，AMIC削弱了“Li+溶劑化”，增加了Li+載體位點(diǎn)，從而增強(qiáng)了鋰離子的遷移數(shù)（tLi+=~0.67）。因此，在4.5V的充電截止電壓下，Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2電池在200次循環(huán)中保持約85%的容量保持率和>99.8%的庫侖效率。三、核心內(nèi)容圖1.聚酯基聚合物電解質(zhì)在分子水平上的組成優(yōu)化設(shè)計(jì)和界面分解機(jī)制的示意圖。圖2.AMIC的結(jié)構(gòu)信息和電化學(xué)性質(zhì)。圖3.電解質(zhì)/Li界面的結(jié)構(gòu)演變。圖4.鋰-金屬界面的電化學(xué)性質(zhì)。圖5.Li|AMIC|NCM811和Li|PVCLiTFSI|NCM811的電化學(xué)性質(zhì)。圖6.電解質(zhì)|NCM811界面的結(jié)構(gòu)演變。四、結(jié)論總之，本工作提出了一種應(yīng)用于Li|NCM811電池的陰離子誘導(dǎo)離子導(dǎo)體構(gòu)建穩(wěn)定界面相的新方法，以補(bǔ)充現(xiàn)有的原位衍生化界面涂層概念。含有無機(jī)鹽和聚碳酸酯陰離子的界面相通過原位電化學(xué)反應(yīng)在電極-電解質(zhì)界面處穩(wěn)定。重點(diǎn)討論了陰離子誘導(dǎo)下SPE電極界面相的形成機(jī)理和組成。無機(jī)鹽(LiF、LixBOyFz等)涂層以其高致密性和抗氧化還原性保證了界面的機(jī)械強(qiáng)度和完整性，穩(wěn)定了鋰離子的傳輸。聚碳酸酯陰離子使鋰離子均勻沉積在無機(jī)鹽層上，避免了枝晶的生長，并在陰極內(nèi)部相互連接的NCM顆粒之間連接了鋰離子的滲透路徑。結(jié)果表明，具有AMIC的高壓Li|NCM811電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，其容量保持率在60°C下超過200次循環(huán)時(shí)達(dá)到85%，在1C下達(dá)到92.8mAhg-1的比容量。聚合物電解質(zhì)中原位形成穩(wěn)定界面相的關(guān)鍵取決于涂層結(jié)構(gòu)的致密化和梯度分布，從而確保鋰離子的均勻沉積，同時(shí)抑制副反應(yīng)。這項(xiàng)工作為SPE基全固態(tài)電池提供了一個(gè)新