NSR：这样的杂交固态电解质，可以抑制锂枝晶

点击上方“蓝字” 一键订阅

锂氧气电池具有超高的理论能量密度。但是，常规锂氧气电池使用的有机电解液热安全性较差，且无法阻挡枝晶生长，存在较大安全隐患。

近年来，人们尝试使用杂交固态电解质（HSE）来提高锂氧气电池的离子电导率。那么，HSE能同时抑制枝晶吗？什么样的HSE才具有优异的抑制枝晶的能力呢？

中国科学院长春应用化学研究所的张新波研究员等在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）发表论文，设计了一种具备核@壳结构的HSE，实现了无枝晶锂沉积，大幅度延长了锂氧气电池的寿命。

作者利用简单的刮刀法制备了纳米尺寸的Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃（LAGP）核被5 nm厚度的聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）基凝胶电解质壳包裹的HSE，该HSE的示意图如图1所示。

图1 具备核@壳结构的HSE的示意图

其中，超薄的柔性壳可以在LAGP核和锂金属之间提供软接触，同时不影响锂金属附近的Li⁺分布，并可以抑制LAGP与锂金属直接接触引起的Ge⁴⁺还原问题。大量的纳米尺寸LAGP核可确保整个锂金属表面与其紧密接触，从而提供均匀的Li⁺分布和高杨氏模量。

为了研究核@壳结构在锂沉积中发挥的作用，作者制备了另外三组不同的电解质：核为微米尺寸LAGP的杂交固态电解质（HSE-I）、纳米LAGP核数量比较少的杂交固态电解质（HSE-II）以及没有核的PVDF-HFP基凝胶电解质（GPE）。

图2为在原位光学显微镜下观察到的，不同电解质对锂金属沉积的保护效果。随着沉积时间的增加：

• 在没有保护的锂片表面上（bare Li），锂枝晶迅速成核生长；

• 在HSE-I，HSE-II和GPE保护的锂片上，也都观察到了锂枝晶；

• 在HSE保护的锂片上，整个沉积过程中，自始至终都没有形成枝晶。

这些现象说明只有含有大量纳米核的核@壳结构HSE才能实现无枝晶锂沉积。图2 使用不同电解质保护的锂金属在沉积过程中的光学显微镜图片

最后，作者还确认，在半固态锂氧气电池中，使用HSE保护的锂金属作为负极，可以有效缓解锂金属的枝晶和腐蚀现象，并避免过电势的快速增长，大幅度延长了半固态锂氧气电池的寿命（图3）。

图3 使用不同电解质组装的半固态锂氧气电池的（a）循环寿命，（b-d）循环不同圈数时的充放电曲线。使用不同电解质保护的锂负极在半固态锂氧气电池中循环40圈后的（e-h）表面形貌图片和（i）XRD图谱。（j）HSE在半固态锂氧气电池中循环40圈前后的XRD图谱

而且，经过简单的离子导体材料替换，该核@壳结构的HSE也有望应用于其他金属空气电池中。

原文链接：

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa150

相关进展

大连化物所吴忠帅研究员团队AEM：研制出高室温离子电导率的光聚合凝胶电解质并用于固态钠金属电池

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点

这里“阅读原文”，查看更多