东华大学焦玉聪/武培怡ACS Nano高性能聚合物电解质电池锂键配位环境的调节

新一代锂金属电池需要具有高离子导电性和机械性能的 聚合物电解质。然而，官能团与锂离子(Li+)之间的锂键形成严重影响了聚合物电解质的性能，这在过去很少被考虑。为此，在LiFSI的存在下，将4-丙烯酰吗啉(ACMO)和1-乙烯基-3-乙基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺([EMIM][TFSI])与1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)亚胺([EMIM][TFSI])共聚，精心设计了一种 锂键富集聚合物凝胶(PAEV)。在PACMO中，LiFSI与羰基之间形成的锂键可以通过Li+配位数调节，并通过与[EMIM][TFSI]和聚[VEIM][TFSI]形成的氢键进一步减弱，从而有效地呈现出 离子电导率可调、力学性能可调的聚合物电解质。此外，在Li+配位环境的调控下，可以在Li表面均匀形成LiF和Li3N层，有利于Li+的成核和沉积。因此，PAEV电解液赋予Li/LiFePO4 (LFP)电池在25℃以下的1℃下具有124 mA h g-1的高容量，在50℃以下为152 mA h g-1。这项工作可以促进通过锂键操纵制备高性能聚合物电解质。

图文简介

图1。PAEV聚合物电解质的原理图和表征。(a) PAEV前体的分子结构。(b) PAEV的数码照片。(c) ACMO的表面静电势。(d) PAEV中相互作用的插图。(e)液体电解质和PAEV的可燃性试验。60秒点火是指电解液燃烧60秒，5秒和30秒分别为电解液用打火机停止燃烧5秒和30秒后的图像。

[VEIM][TFSI]共聚电解质的相互作用表征。(a) PAE和PAEV的FTIR光谱在1680-1580 cm-1之间。(b) PAEV和(c) PAE的拉曼光谱及其拟合曲线。(d) PAE和PAV的FTIR光谱在3200-3080 cm-1范围内。(e) PAE和PAEV的LF-NMR和(f) DSC曲线。2DCOS (g)同步和(h)异步谱。暖色(粉色)代表积极的强度，而冷色(蓝色)代表消极的强度。(i)密度泛函理论计算。(j) PAE和PAEV的拉伸应力-应变曲线。(k) PAE和PAEV中Li+输运模式示意图。

不同电解质对电池电化学性能的影响。(a) PAEV和PAE的线性扫描伏安(LSV)曲线。(b)施加直流电压为10 mV的对称式PAEV锂电池时安培谱图，插图为极化前后电池的Nyquist阻抗谱。(c)不同扫描速度下PAEV下Li/LFP电池的CV曲线。(d) log(ip)与log(ν)的线性拟合图。(e)不同电解质Li/LFP电池在室温下的倍率性能及对应的(f) PAE和(g) PAEV的充放电曲线。Li/PAEV/LFP和Li/PAE/LFP在(h)室温和(i) 50℃下的循环性能。(j) Li/PAEV/LFP电池在5℃、50℃条件下的长期循环性能。

论文信息

论文题目：Modulating the Coordination Environment of Lithium Bonds for High Performance Polymer Electrolyte Batteries

通讯作者：焦玉聪，武培怡 通讯单位：东华大学

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