周光敏《AFM》交联纳米纤维增强固态电解质用于柔性锂硫电池

科技 08-05 来源：高分子能源

使用凝胶聚合物电解质的固态锂硫（Li-S）电池由于与液体电解质相比具有更高的安全性和与陶瓷电解质相比更低的界面电阻而备受关注。然而，除了锂离子电导率不理想、机械强度相对较低外，凝胶聚合物电解质中不可避免的多硫化物穿梭仍然限制了它们的发展。这项工作设计了一种聚（环氧乙烷）-聚丙烯腈（PEO-PAN）共聚物膜电解质，其中 PAN 纤维既充当填料又充当交联剂。这种结构不仅提供了改进的离子电导率、高机械强度和锂枝晶阻挡能力，而且由于 CN 对多硫化物的强吸附作用，它还抑制了多硫化物穿梭。在 PEO 和 PAN 交联过程中形成的 O 官能团，提高了用于 Li-S 电池时的安全性、循环稳定性和倍率性能。由于这种电解质的高柔韧性和高结合强度，柔性电池在 1000 次弯曲循环后仍能保持 96% 以上的容量。

图文简介

PEO-PAN-LiTFSI 膜电解质的制备和表征。a) PEO-LiTFSI 和 PEO-PAN-LiTFSI 的制备过程示意图。b，d）（b）PAN纤维膜和（d）PEO-PAN-LiTFSI的SEM图像。c，e）（c）PAN纤维膜和（e）PEO-PAN-LiTFSI的光学照片和厚度测量。f) PEO-LiTFSI 和 PEO-PAN-LiTFSI 的拉伸弹性模量。g) 负载 200 g 重量的 PEO-LiTFSI 和 PEO-PAN-LiTFSI 膜的机械性能。h) PEO、PAN 和 PEO-PAN 溶液的 FT-IR 光谱。i) PEO-LiTFSI 和 PEO-PAN-LiTFSI 的 O 1 s XPS 光谱。j) PAN 和 PEO-PAN-LiTFSI 的 N 1 s 的 XPS 光谱。k) PEO-PAN 交联机制示意图。

PEO-PAN-LiTFSI电解质的内在电化学特性

使用 PEO-LiTFSI 和 PEO-PAN-LiTFSI 电解质的锂硫电池的电化学性能

基于 PEO-PAN-LiTFSI 的柔性锂硫电池的性能

通过将 PEO/LiTFSI 渗透到 PAN 纤维网络中，制备了具有高机械强度和改善离子电导率的聚合物电解质膜。这种电解质结合了PAN纤维填料和PEO-PAN交联结构的优点，具有高离子电导率和高锂盐解离能力。PEO中的醚基与PAN中的氰基之间的反应被证实为交联机制。当在 Li-S 纽扣电池中使用 PEO-PAN-LiTFSI 电解质时，获得了良好的循环稳定性和倍率性能。PEO-PAN-LiTFSI电解液对多硫化物的较强吸附抑制了穿梭效应并减少了容量衰减，这已通过理论计算得到验证。在软包电池中使用时，PEO-PAN-LiTFSI在弯曲下与阴极和阳极保持良好接触，弯曲1000次后仍保持96%以上的容量。该工作为开发新型交联凝胶电解质提供了理论基础，并为解决固态锂硫电池中多硫化物穿梭问题提供了新途径。