西安交大丁书江教授团队 Nat. Commun.：聚合物基固态电池的有效载流子扩展

2022-06-11 来源：高分子科技

聚合物基固态电解质（solid polymer electrolytes, SPEs）是克服液态金属离子电池安全问题并提升能量密度的潜在方案。然而，非反应性阴离子迁移导致SPE的电流负载能力受到严重限制，使电池循环寿命急剧下降。对于离子迁移受限的无溶剂固态电解质体系，增强离子运动与能量转化过程相关性的策略具有关键作用。

1 使用不同离子受体作为正极的全固态电池电解质中的离子迁移（左：阴离子受体正极（本工作）；右：阳离子（Li⁺）受体正极）。

受阴离子参与液体/凝胶系统电极反应的启发，西安交通大学化学学院丁书江教授团队提出一种构建先进全固态电池的新型集成策略。通过采用阴离子受体材料聚乙烯二茂铁 (polyvinyl ferrocene, PVF) 作为正极，聚合物链上的二茂铁单元与促使Li⁺与阴离子共同作为有效的电荷载体（图1）。由于具有高效的离子利用率，与常见的固态电解质（PEO-LiTFSI) 匹配的Li||PVF电池表现出优异的倍率性能。在100 μA cm^-2 时具有107 mAh g^-1的放电比容量，并在1000 μA cm^-2下具有62.9%的容量保持；阴离子参与电极反应削弱了浓差极化对阳极的劣化的影响，构建的固态电池在300 μA cm^-2下能够稳定循环超过4000次（图2）；此外，结合实验和理论计算结果评估了阴离子种类对电池性能的影响（图3）。

2 阴离子受体正极聚乙烯基二茂铁（PVF）的制备及Li||PVF电池的循环和倍率性能

3 阴离子种类对电池充放电性能和电极电位的影响

以上工作以“Expanding the active charge carriers of polymer electrolytes in lithium-based batteries using an anion-hosting cathode”为题发表于Nat. Commun. (10.1038/s41467-022-30788-5). 西安交通大学化学学院博士生孙宗杰与郗凯教授为文章的共同第一作者。该研究受到国家自然科学基金，陕西省杰出青年基金项目的支持。

全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30788-5

西安交通大学丁书江教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/dingsj

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（责任编辑：xu）

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