AFM:复合聚合物电解质中DMF含量对电导率及界面稳定性的影响

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含微量N, N-二甲基甲酰胺(DMF)的复合聚合物电解质(cpe)因其Li+电导率的显著提高而受到广泛关注。但DMF的量是关键，需要明确的界面稳定性，因为DMF很容易被锂金属还原。本文研究了DMF在聚环氧乙烷(PEO)和聚偏氟乙烯(PVDF)基cpe中对Li+电导率和界面稳定性的影响。在PEO基cpe中，由于双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)与PEO的相互作用强于DMF, DMF不能被限制，容易蒸发掉。只有≈0.25 wt% DMF被吸附在陶瓷电解质填料上，与无DMF填料相比，Li+电导率提高了两倍，并与Li-金属形成稳定的界面;但过量DMF(≥2.2 wt.%)会与锂金属发生严重的界面反应。而在基于pvdf的cpe中，≈8wt。由于LiTFSI与DMF的相互作用比与PVDF的相互作用强，DMF被LiTFSI所限制。可获得与锂金属的短期稳定界面，但较长的循环周期或较高的电流密度会使与锂金属的反应逐渐加剧。由于基于PVDF的cpe具有较高的电压稳定性，因此将其用作阴极配合高压阴极时可获得更好的循环性能。

图文简介

以10-30 wt.%比例的CH3CN (a) LLZTO, b) LLTO和c) LATP(不含DMF)制备的peo基cpe的离子电导率;d)去除陶瓷颗粒后PEO-LiTFSI和PEO-10%LLZTO的1H NMR谱;e)以DMF为溶剂制备的PEO-10%LLZTO和以CH3CN为溶剂制备的PEO-10%DSCE(LLZTO)的离子电导率;f) PEO-LiTFSI、peo基cpe(不含DMF，使用CH3CN作为溶剂，使用原始无机电解质填料)和PEO-DSCE cpe在40℃时的离子电导率;g)无dmf陶瓷球团和dmf浸泡陶瓷球团在40℃时的Li+电导率;h) dmf浸泡陶瓷球团的热重分析曲线;i)不同DMF用量下PEO-10 wt.%LLZTO的离子电导率。

LLZTO晶体吸附DMF和DME的模拟结构c) DMF和DME对LLZTO的归一化吸附能;d)原始和e) dmf吸收的LLZTO表面静电势面，(d)和(e)中红色区域代表表面静电势较低和Li+优先占据和扩散位点;f)有和没有DMF时陶瓷颗粒表面Li+迁移示意图。

a) PEO-10%LLZTO(无DMF)， b) PEO-10%LLZTO (0.22 wt.% DMF)， PEO-10%LLZTO加c) 2.2 wt.% DMF和d) 8.6 wt.% DMF溶剂时，Li/Li对称电池的电压分布。在含有8.6 wt.% DMF的PEO-10%LLZTO Li/Li电池中循环前后，Li2CO3在Li-金属表面的拉曼光谱e)。

在a-c) 65℃和d-f) 100℃下，基于pvdf cpe的Li/Li对称电池在0.2 mA cm−2时的电压分布。用PVDF-LLZTO(10%)在65°C的Li/Li电池中，g)原始Li-metal，循环h) 200和i) 600 h后Li-metal的表面SEM(扫描电子显微镜)图像。

三种类型的电池设计使用a) peot - litfsi或b) PVDF-LiTFSI作为阳极和阴极，c) peot - litfsi作为阳极和PVDF-LiTFSI作为阴极。以PEO-LiTFSI为阳极液，d) PEO-LiTFSI和e) PVDF-LiTFSI为阴极(阴极粘结剂)，在0.2 C和65℃时，ASS Li/NCM622电池的电压分布。以PEO-LiTFSI为阳极液，g) PEO-LiTFSI和h) PVDF-LiTFSI为阴极(阴极粘结剂)，在0.2 C和65℃时，ASS Li/LFMP电池的电压分布。f) Li/NCM622和h) Li/LFMP电池在0.2℃和65℃下的循环性能。

a) Li/PEO/NCM622@PVDF电池第15个循环的充放电电压分布图;b)循环性能;c)活性物质负荷分别为2.5、10和15 mg cm−2时，Li/PEO/NCM622@PVDF电池在0.2℃和65℃时的能量密度。利用稳定放电容量计算了能量密度。

论文信息

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202301165

通讯单位：北京化工大学Jian Gao,Shu-Meng Hao,Weidong Zhou,Liqun Zhang

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