鋰金屬電池能量密度高，但金屬鋰存在熱力學不穩(wěn)定，與傳統(tǒng)有機液態(tài)電解質(zhì)會發(fā)生持續(xù)的副反應，造成電池循環(huán)壽命差、庫倫效率低。此外，有機液態(tài)電解質(zhì)易揮發(fā)、易燃等問題使得鋰金屬電池存在較大的安全隱患。固態(tài)電解質(zhì)能較好的解決這些瓶頸問題，但固態(tài)電解質(zhì)和電極之間的固-固界面接觸差，限制了其實際應用。基于此，華南師范大學化學學院鄭奇峰教授團隊借鑒有機液態(tài)電解質(zhì)中“弱溶劑化”作用的概念，通過弱溶劑化的1,3-二氧六環(huán)（DOX）單體開環(huán)聚合，原位聚合制備了聚-1,3-二氧六環(huán)（P-DOX）電解質(zhì)（圖1）。其延長的烷基鏈降低了HOMO能級，使得P-DOX展示出非常優(yōu)異的氧化穩(wěn)定性（> 4.7 V），此外，延長的烷基鏈也削弱了分子的溶劑化能力，這不僅使P-DOX具有更高的鋰離子遷移數(shù)（0.75），而且有助于形成高度堅固且鋰離子傳導性好的富含無機物的SEI膜。因此顯著提升了聚合物電解質(zhì)與鋰金屬之間的界面兼容性，使得鋰的沉積形貌非常致密且光滑，并且獲得了超過1300小時的優(yōu)異鋰沉積/剝離穩(wěn)定性。
圖1. 高電壓聚合物電解質(zhì)的合理設(shè)計與原位制備得益于上述優(yōu)點，P-DOX固態(tài)電解質(zhì)在包括NMC111、NMC811和LiCoO2在內(nèi)的各類高電壓正極材料的電池中，在4.5 V的高截止電壓下，均展示出非常優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（圖2）。此外，其制備方法與商業(yè)化電池的組裝和制造工藝相同，因此具有很好的商業(yè)化前景。該研究表明，通過調(diào)控單體分子的結(jié)構(gòu)可以有效提高聚合電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性和鋰金屬兼容性，為高比能鋰電池用聚合物電解質(zhì)的設(shè)計提供了新思路。論文的主要通訊作者鄭奇峰教授是華南師范大學2019年引進的青年拔尖人才，先后入選廣東省杰出青年基金、國家高層次青年人才等項目，現(xiàn)為廣東省工程中心主任，廣東省高校-企業(yè)聯(lián)合研究生培養(yǎng)示范基地負責人，教育部工程中心主任助理。長期從事電化學儲能材料方面的研究，主要研究方向為二次電池用電解質(zhì)材料的開發(fā)，以匹配電池高能量密度與高安全性的發(fā)展需求。近年來以第一/通訊作者在Nat. Energy, Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci., Nano Lett., ACS Energy Lett.等化學和能源領(lǐng)域的知名期刊上發(fā)表論文40余篇。主持國家、省部級等重要科研項目10余項。承擔多家企業(yè)的技術(shù)委托項目，通過產(chǎn)學研合作，服務廣東乃至全國的新能源企業(yè)，為提升電池能量密度、壽命及安全性提供技術(shù)解決方案。論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d3ee02797j/unauth
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