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化学科学与工程学院林欣蓉课题组发表聚合物固态电解质研究成果

2021-05-06  点击:[]


近日,化学科学与工程学院林欣蓉课题组在Advanced Functional MaterialsNature Index期刊,影响因子:16.836)上发表研究论文:“Fluorinated Bifunctional Solid Polymer Electrolyte Synthesized under Visible Light for Stable Lithium Deposition and Dendrite‐Free All‐Solid‐State Batteri”DOI10.1002/adfm.202101736,论文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202101736 )。论文的第一通讯单位为云南大学,第一作者为云南大学化学科学与工程学院2018级硕士研究生贾旻祎,通讯作者为化学科学与工程学院林欣蓉副教授。

固态聚合物电解质由于其灵活的可加工性,高度可调节的化学功能性和成本效益,受到了广泛关注。但是在锂金属表面不均匀的锂沉积会导致充放电循环过程中锂枝晶的生成,导致界面电阻变大,库仑效率降低,带来短路的安全性问题,严重阻碍了全固态锂金属电池的发展。

该工作首次发现并揭示了含氟聚合物电解质在固态锂电池中的弱溶剂化效应。通过在可见光下通过光控自由基聚合方法合成的双功能氟化固态电解质,由共聚物侧链中的聚醚来维持锂离子的溶剂化,含氟侧链可以通过形成Li-F相互作用来稳定负极-电解质界面,这将促进锂离子从强Li-O相互作用中解离,并加强锂离子溶剂化中的阴离子的参与,有利于稳定的固体电解质界面形成。在锂剥离沉积测试中,以0.050.2 mA cm-2不同的电流密度下均超过1500小时的稳定循环,表现出强大的锂沉积稳定性,且形成富含LiF的稳定固体电解质界面。电解质有着高于5.0 V的电化学窗口,并在组装的LFP/LiNCM/Li电池都有着稳定的循环和99%的高库伦效率,说明了其可以很好地抑制锂枝晶的生成,并为开发具有高度安全性和实用性的全固态锂离子电池提供了潜在方法。


同时,该课题组还于211日报道开发了一种通过可见光诱导的无溶剂可控自由基原位聚合合成交联聚乙二醇丙烯酸酯固体聚合物电解质的方法。该成果以“Solvent-Free Synthesis of the Polymer Electrolyte via Photo-Controlled Radical Polymerization: Toward Ultrafast In-Built Fabrication of Solid-State Batteries under Visible Light”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上(中科院I区,影响因子:8.758DOI: 10.1021/acsami.0c21461)。论文第一作者为2018级硕士研究生文鹏,第一通讯单位为云南大学,通讯作者为化学工程与科学学院林欣蓉副教授。该工作通过可见光诱导无溶剂原位聚合的方法可以绿色高效地获得高转化率,超薄,界面接触优良的聚合物固体电解质体系,这不仅消除了内在溶剂的影响,而且得到的交联聚乙二醇丙烯酸酯电解质具有室温下良好的电化学性能以及循环性能,利用可见光诱导可控自由基聚合反应条件温和绿色的优势,可以实现在5分钟高效地合成高转化率(99%)的超薄固体聚合物电解质,并且利用原位聚合可以填补电极表面空缺从而提高电解质与电极表面接触的优势,实现了锂离子在电极表面与固体电解质之间的快速传导,因此得到了室温下高的锂离子电导率(1.5 × 104 S cm1)以及优良的界面接触。将该交联聚合物固体电解质组装的LFP/Li电池可以在室温0.1 C倍率下得到高的放电面容量1.7 mAh cm2 (164.6 mAh g1),此外,Li/Li电池也可稳定锂剥离沉积超过270小时体现了良好的锂枝晶抑制的能力。

该课题组致力于以先进材料和绿色化学为理念,设计、制备及表征新型高分子,发展高能低耗合成新型高性能电解质的方法论,并将所合成的新型材料应用于高效全固态锂离子电池、超级电容器及医药科技柔性器件等领域。

以上工作获得国家自然科学基金、云南大学引进人才启动基金、教育部长江学者和创新团队发展计划资助。

  供稿:化学科学与工程学院

  编辑:李哲

责任编辑:王崴


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