在锂离子电池中使用双层聚合物电解质

来自西班牙，法国和澳大利亚的一组研究人员强调了锂离子电池中双层聚合物电极的发展和优势。他们的研究已发表在《杂志》上ACS能量信。

学习：朝向带有双层聚合物电解质的高压固态LI金属电池。图片来源：black_kira/shutterstock.com

锂离子电池

锂离子电池已成为寻找可再生，清洁能源解决方案的关键技术。这些设备用于为目前正在使用的几乎所有便携式电子设备提供动力，并且在中型和大型工业应用中朝电气化的动力已导致对材料和化学的研究，从而有助于促进具有较高能量阈值的锂离子电池的开发欧洲杯足球竞彩。

在锂离子电池研究领域的目前提出的技术中，具有固体聚合物电解质的固态锂金属电池已被证明是有希望的。这些设备比常规电池可以提供更高的能量密度，并提高了安全性。通过用固体聚合物电解质代替液体电解质，可以实现更有效的细胞堆叠。此外，可以合并高能Li-Metal电极，从而提高机械和热稳定性并最大程度地减少树突的传播。

在不同温度下的静态NMR线宽测量值（​​a）⁷李和（b）¹⁹F.图片来源：ARESSE-IGOR，M等，ACS Energy Letters

改善固态锂金属电池的性能

在设计固态锂金属电池时，必须注意材料选择，尤其是固体聚合物电解质。欧洲杯足球竞彩欧洲杯足球竞彩不同设备组件中使用的材料必须满足不同的性能要求。当用作电解质时，它们必须在化学上与锂兼容并提供良好的阴极稳定性。相反，当在阴极中使用时，固体聚合物电解质必须在化学上与高压活性材料兼容，并提供足够的阳极稳定性。

到目前为止，发现可以承受较大能源差距的聚合物已被证明是具有挑战性的。由于沿聚合物链的理想间距以及这些基团的高溶剂化能力，因此已广泛研究了聚（氧化乙烷）作为固体聚合物电解质。然而，当施加电压时，氧化乙烷单元可能会被氧化，从而限制了材料与高压阴极的使用。

已经研究了几种方法，以最大程度地减少该聚合物在电池阳性电极处的氧化。研究人员已掺入陶瓷颗粒，涂层的活性材料，以提高电解质的稳定性，研究了通过使用液欧洲杯猜球平台体添加剂来防止界面固态反应，此外还有更多方法。欧洲杯足球竞彩但是，这些方法不足，因为它们可以降低固态锂金属电池的安全性并耗尽其高能量和功率密度。

使用在高压下稳定的天主分析器可以提高这些设备的潜力。已经提出了针对该应用的其他聚合物，包括聚（碳酸丙烯）。这种固体聚合物电解质与锂金属的化学兼容性不佳是其使用的缺点，但是还有其他几种特性使该材料具有吸引力，例如其足够的离子电导率和高电化学稳定性。

聚（丙烯丙烯酸酯）使其成为有吸引力的天主教徒的另一个优点是其在各种有机溶剂中的溶解度。该特性允许使用浆料涂层制备电解质层压板。

（a）PEO-LITFSI和（b）PEO-LIPSTFSI的锂转移数估计的计时仪计量学和EIS和EIS具有相应的拟合曲线。图片来源：ARESSE-IGOR，M等人，ACS Energy Letters

研究

作者已经开发了一种固态锂金属电池，用聚（氧化乙烷）作为固体聚合物电解质和聚（碳酸丙二醇）作为天主体。这些聚合物的使用既可以改善设备的锂金属稳定性和高压容量。该方法已称为双聚合物电极。该方法与仔细的锂盐选择有关。

使用聚（碳酸丙二醇）作为天主解时，可以显着改善电池的循环性能。另外，由于较高的锂转移，在这些设备中可以实现平滑循环。作者开发的细胞在80个周期上实现了超过80％的能力保留率。此外，它们的库仑效率接近100％。总体而言，作者开发的双聚合物电极方法的效率高于目前报道的设备的效率更高。

研究中开发的双层固体聚合物电解质被整合到具有锂金属电极和LIN的细胞中_XMn_yco₂o₂作为活性材料以及在设备中使用高容量电极的使用可显着提高体积和重量的能量密度。

细胞在C/20和70°C下的细胞循环时的电势演化为1 mAh·cm^-2PEO-LIPSTFSI细胞和DLPE细胞（估计为每个周期排放能力的50％的电势差）。图片来源：ARESSE-IGOR，M等人，ACS Energy Letters

双层聚合物电解质方法对当前技术进行了两个重大改进。首先，该方法中使用的切片电解质可确保增加锂离子的迁移率，并避免由阴离子在负电​​极处的阴离子积累引起的副反应。其次，用阳性电极以聚（丙烯碳酸丙烯）代替聚（氧化乙烷）可以提高较高电压下的稳定性，从而提高了在高电位下细胞的稳定性。

总而言之，研究论文证明了一种创新的方法，可以使用两个固体聚合物电解质的双层制造高性能和稳定的固态锂金属电池。作者的工作为开发下一代电池开发了各种高需求工业应用的前景。

进一步阅读

Aresse-Igor，M等。（2022）朝向带有双层聚合物电解质的高压固态LI金属电池[在线的]ACS Energy Lett。7pp。1473-1480|pubs.acs.org。可用网址：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00488

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