纳米氮化硼/离子液体交联复合聚合物电解质

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限制高能量密度锂金属电池(LMB)发展的关键问题在于不可控的锂枝晶生长,而安全性高的聚合物电解质(PE)可替代液态电解液抑制锂枝晶的生长。交联聚合物电解质(CPE)和复合聚合物电解质是两种最有前景抑制锂枝晶生长的PE。但交联聚合物电解质(CPE)的高离子电导率与高模量不可兼得,复合聚合物电解质的复合填料存在团聚效应,此二者严重阻碍了安全的锂金属电池(LMB)的发展。在此,提出一种同时兼容离子液体(IL)的聚合物网络结构和均匀分散的氮化硼纳米片(BNNS)的新型交联复合聚合物电解质(CCPE)。该CCPE由可紫外光固化的乙烯基离子液体/乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)(作为交联基质)、均匀分散的二维(2D)BNNS(作为纳米填料)和IL型电解质(作为离子源)组成。通过在磷酸铁锂电极上进行快速、无溶剂的原位紫外光交联固化CCPE前驱体溶液,可制备CCPE|正极复合体,简化组装LMB的程序和增强CCPE与电极之间界面接触/粘附性。此CCPE关键在于,通过在PE中同时引入交联网络结构和2D BNNS,即有利于构建锂离子的快速传输通道,又有利于搭建兼容IL和增强界面的稳定骨架。具体内容如下:(1)分析CCPE相关电化学性能。与纯CPE相比,掺入BNNS的CCPE具有高离子电导率,室温离子电导率达到2.7×10-44 S cm-1;高锂离子迁移数,锂离子迁移数为0.67;宽电化学窗口,电化学窗口达到5.5 V;且CCPE与锂金属之间存在稳定的界面。(2)分析CCPE组装的LiFePO4|Li电池的相关电池性能。与LiFePO4|CPE|Li电池相比,掺入2.0 wt%BNNS的LiFePO4|CCPE|Li电池在充放电循环稳定性和倍率性能方面明显得到改善。该研究提供了一种有效且简单的方法制备能有效抑制锂枝晶生长的CCPE,促进了高能量密度锂金属电池储能系统的发展。
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