天津大教封伟传授团队《Macromolecules》：新型锂离子传导链段的固态聚合物电解量

锂金属电池（LMBs）因为其较高的理论能量密度被以为是亟待开辟的下一代可充电电池。固态聚合物电解质（SPEs）相较于传统的液体电解质具有更高的宁静稳健性，已成为锂金属电池范畴的研究热门之一。比年来，天津大学封伟传授团队制备了基于瓜代共聚物锂盐的P[SSPSILi-alt-MA]/PEO固态电解质，具有高的锂离子迁徙数（~0.97），极大地改进了锂金属电池中锂枝晶生长的题目（Energy Storage Materials 19 (2019) 401–407）。为了进一步促进锂离子溶剂化, 封伟团队将甘氨酸乙酯接枝到P[SSPSILi-alt-MA]合成了EG-P[SSPSILi-alt-MA]/PEO固态电解质，展示出了1.42 × 10⁻⁴S/cm 的高离子电导率（ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 35683–35692）。别的，封伟团队还合成了基于碳量子点（CQD）的PLSSCQD/PEO固态电解质，CQD的参加进一步进步了SPEs的机器性能和离子电导率（Nano Energy 82 (2021) 105698）。

为了进一步改进SPEs分子动力学以促进离子传输，克日，天津大学封伟传授团队制备了一种新型锂离子传导链段并呈瓜代漫衍的交联固态聚合物电解质。该电解质的合成使用了马来酸酐基团与氨基的酰胺化反响，将nPEG8-NH₂和NH₂-PEG-NH₂（M_W=2000）接枝在P[SSTFMBSILi-alt-(MA)]锂盐上，得到了新型固态电解质Crosslinked-P[SSTFMBSILi-alt-(MA-g-mPEG8-NH₂)]（C-ASPE）。此中分子量2000的双氨基PEG既是离子传导链段也是交联剂，为C-ASPE提供了优秀的成膜性。随后，通过溶液流延法制备得到了C-ASPE薄膜，该薄膜具有极低的玻璃化变化温度（~ -56.81℃）、熔融温度（~ 32.66 ℃）以及较低的结晶度（6.31%），展示出1.9610⁵ S/cm的高室温离子电导率。交联的聚合物链段也限定了大阴离子的活动，使得C-ASPE具有0.91的高锂离子迁徙数，展示出单离子传导特性。除此之外，该事情还通过SAXS，EIS等测试本领研究了电解质的微观布局对离子电导率的影响纪律，进一步证明了C-ASPE中匀称瓜代漫衍的锂盐和溶剂化链段对锂离子传导的促进作用。

图1 Crosslinked-P[SSTFMBSILi-alt-(MA-g-mPEG8-NH₂)]（C-ASPE）的合成

C-ASPE薄膜因为其优化的微观布局展示出优秀的电化学性能。对称电池LiǀC-ASPEǀLi在0.1 mA cm⁻²、40℃条件下轮回350小时仍旧连结稳健，且极化电压为~0.2V，展示出了稳健的锂嵌入和剥离。锂金属电池LFP|C-ASPE|Li在0.1C、40℃条件下轮回100圈后仍有89%的容量连结率；在1C、40℃条件下轮回800圈后仍有82.5%的容量连结率，库伦服从靠近99%，证明白C-ASPE薄膜在固态锂金属电池范畴具有较高的应用潜力。

图2 （a）薄膜制备要领同比例的C-ASPE的（b）XRD图谱、（c）TGA图谱以及（d）DSC图谱

图3 LFP|C-ASPE|Li轮回和倍任性能

该研究制备的新型锂离子传导链段的固态聚合物电解质为将来电解质的分子布局设计提供了新的思绪，同时也为固态电解质在锂金属电池范畴的应用提供了新的质料和合成底子。相干研究结果近期以“Crosslinked Single-Ion Solid Polymer Electrolyte with Alternately Distributed Lithium Sources and Ion-Conducting Segments for Lithium Metal Batteries”为题在线颁发在Macromolecules（DOI: 10.1021/acs.macromol.1c01102）上，文章第一作者为博士研究生陈绍山，通讯作者为封伟传授，配合通讯作者为李瑀博士。

泉源：高分子科学前沿

投稿模板：

单篇报道：上海交通大学周涵、范同祥《PNAS》：薄膜一贴，从今降温不消电！

体系报道：加拿大最年轻的两院院士陈忠伟团队能源范畴结果集锦