海南大学余凤副教授团队CEJ：凝胶聚合物电解质的设计提高锂电池界面稳定性
海南大学余凤副教授团队CEJ：凝胶聚合物电解质的设计提高锂电池界面稳定性
在锂金属电池中，电解质作为与锂金属直接接触的成分，它们所产生的电极/电解质界面的性质与电解质的成分密切相关，同时对于锂金属的稳定性有着很大的影响。然而，传统的液态有机电解质电压窗口低，热稳定性差，不利于锂金属电池的应用。近年来，凝胶电解质已成为研究的焦点，其具有相对液态电解质较高的电压窗口，较强的机械性能，同时又拥有比全固态电解质更优异的离子电导率。
锂离子溶剂化结构对于电极/电解质界面结构及组成影响深远。然而，目前大多数研究都关注与新型凝胶电解质的开发，然而对凝胶电解质LE相的研究较少。相比纯液态电极液和固态电解质，复合凝胶电解质中多组分的相互作用会导致锂离子的配位环境相对复杂，这从而会影响到负极电解质界面生成及性能，因此对复合凝胶电解质中的锂离子传输行为和溶剂化结构研究是非常必要的。
海南大学余凤副教授和佛山科学技术陈永教授合作通过在改性纤维素中共混PEG 改性的 POSS，制备了具有良好锂离子溶剂化结构的复合凝胶聚合物电解质。改性POSS的引入不仅增强了GPE的结构强度，而且诱导了以SSIPs/CIPs和AGGs为主的Li溶剂化鞘结构的形成。锂离子良好的溶剂化结构有利于生成稳定的富含LiF的SEI来抵抗锂枝晶，提高GPE的抗氧化能力和LMB的循环性能。该工作研究了有机/无机复合凝胶电解质（改性POSS/纤维素基凝胶电解质）体系下的锂离子传输行为及其对锂金属电池负极界面的影响，为有机-无机复合凝胶电解质的研究提供了有价值的思路。
该文章以 “A composite gel polymer electrolyte by incorporating modified POSS endowing inorganic-rich SEI formation and stable cycle life for lithium metal batteries”为题，发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上，海南大学材料科学与工程学院硕士研究生张善铭为第一作者，海南大学余凤副教授和佛山科学技术陈永教授为共同通讯作者。
图文导读：
无机POSS经过化学改性后，可以避免其在凝胶电解质体系中的团聚问题，提高POSS与凝胶聚合物之间的相容性，提高电解质的均匀性与力学稳定性。
无机POSS的添加对凝胶电解质的溶剂化结构有着显著影响，研究发现，添加了改性POSS后的凝胶电解质，其SSIPs/CIPs和AGGs溶剂化结构占比由32.3%提高到62.1%。几乎提高了一倍，而这些溶剂化结构占比越高，越有利于LiF界面稳定层的形成，XPS数据充分验证了此结论。此溶剂化结构对锂电池的界面稳定性有着至关重要的作用，凝胶电解质的耐氧化能力也有显著提高。
结论
本项工作系统地研究了复合凝胶电解质中的锂离子传输行为。聚焦复合凝胶电解质中锂离子溶剂化结构，探究了结构和性能之间的关系。在最优的改性POSS负载量和改性纤维素的组成下，CPP-2实现了衍生的富LiF界面层，提升了半电池及对称电池的锂离子传输可逆性。基于此，优化了锂金属-磷酸铁锂全电池负极的稳定性，为凝胶电解质用于锂金属电池的界面化学提供了新的见解。
文章链接：
Shanming Zhang, Wen Chen, Wei Hao, De Li, Cancan Zhang, Feng Yu*, Yong Chen*，A composite gel polymer electrolyte by incorporating modified POSS endowing inorganic-rich SEI formation and stable cycle life for lithium metal batteries.
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149499.
来源：高分子科学前沿
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