聚合物共混固體聚合物電解質(zhì)(spe)，結(jié)合了多種聚合物的優(yōu)點(diǎn)，在5 V級(jí)陰極(如LiCoMnO
4 (LCMO))的應(yīng)用中具有更高的安全性。然而，聚合物共混物中存在缺陷和空隙的嚴(yán)重宏觀相分離限制了SPEs的電化學(xué)穩(wěn)定性和離子遷移。本文利用無(wú)機(jī)增容劑聚丙烯腈接枝MXene (MXene-g-PAN)改善聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVHF)/PAN共混體系的混相性，抑制相顆粒的固結(jié)。所得固相萃取具有較高的陽(yáng)極穩(wěn)定性，離子電導(dǎo)率為2.17 × 10−4 S cm
−1，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可逆的Li鍍/剝(超過(guò)2500小時(shí))。所制備的固體Li‖LCMO電池可提供5.1 V放電電壓，具有良好的容量(131 mAh g
−1)和循環(huán)性能。隨后，還構(gòu)建了固態(tài)一體化石墨‖LCMO電池，擴(kuò)展了MXene基SPEs在柔性電池中的應(yīng)用。得益于少接口設(shè)計(jì)，電池具有優(yōu)異的機(jī)械靈活性和穩(wěn)定性，可承受各種變形，容量損失小(<≈10%)。該研究通過(guò)研究聚合物共混性，在固體柔性鋰離子電池的性能、穩(wěn)定性和可靠性方面取得了重大進(jìn)展，有利于高性能SPEs的設(shè)計(jì)。
圖1. a)各種SPEs的離子電導(dǎo)率及其高電壓耐受性比較。B)在相界面處具有缺陷或空隙的聚合物共混物的相分離。C)高性能相容劑通過(guò)增強(qiáng)分子內(nèi)相互作用來(lái)提高聚合物共混物的離子電導(dǎo)率和耐高壓性。
圖2 a) SPEs組件示意圖。b) MXene-g-PAN的AFM和相應(yīng)的高度輪廓。c) MXene和MXene-g-PAN的O 1s圖案。d) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN 0.1的SEM圖像和氮元素映射。e) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN0.1的厚度。f)制備的SPEs的DSC曲線(xiàn)。g)制備的SPEs的應(yīng)變-應(yīng)力曲線(xiàn)。 i) PVHF/PAN/MXene, j) PVHF/PAN/MXene-g-PAN。k) PVHF與PAN在各體系中的相互作用能。
圖3. 鋰金屬陽(yáng)極的電化學(xué)穩(wěn)定性和可逆的測(cè)試。
圖4 Li‖LCMO電池的性能測(cè)試。
圖5 一體化固體5 V級(jí)LiBs的制造。
圖6 固態(tài)一體化電池。
圖7 a)彎曲下GCD曲線(xiàn)和彎曲電池的截面SEM圖像。B)動(dòng)態(tài)彎曲下的循環(huán)性能;c)各種變形下的GCD曲線(xiàn)。D)變形下的循環(huán)性能。E)一體化電池變形時(shí)的界面阻抗。F)切斷后的一體化電池。G)和h)采用一體化柔性電池作為表帶，為智能手表供電。
相關(guān)科研成果由香港城市大學(xué)材料科學(xué)與工程系Chunyi Zhi等人2023年發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202214539)上。原文：Grafted MXenes Based Electrolytes for 5V-Class Solid-State Batteries。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
