李泓教授等Nano Energy：原位聚合固态电解质用于钴酸锂电池

　　通讯作者：李泓教授、Geng Zhen副教授单位：中国科学院物理研究所、同济大学

　　背景

　　固态电解质和电极之间的界面问题被认为是阻碍固态锂电池性能改善的关键问题之一。原位聚合是改善界面性能的最有前途的方法之一，即在电池内将液态电解质原位转换为固态电解质。它可以有效地降低界面电阻，同时，它可以使锂离子电池的商业生产装置具有兼容性。

　　工作介绍

　　本工作设计了一种用于原位聚合的新型液态电解质。少量的LiPF6在防止铝（Al）集电体腐蚀和加速室温下电池内1,3-二氧戊环（DOL）溶剂的原位聚合中发挥了双重作用。由于添加的碳酸氟乙烯酯（FEC）和六亚甲基二异氰酸酯（HDI）在质子的帮助下产生了协同效应，原位聚合电解液和LiCoO2阴极之间的界面稳定性得到改善，在电化学过程中形成了具有良好稳定性的界面层。通过DFT计算分析了FEC和HDI之间的反应机制。它在室温下4.2V的Li/LiCoO2电池中显示出良好的电化学性能。它为通过原位聚合和电化学界面工程方法设计高压固态锂金属电池提供了可能性。

　　通过原位聚合策略设计了固态锂电池。通过DOL原位聚合，结合电化学过程中形成的含氟和氮的复合材料的界面层，构建了4.2V的锂/钴酸锂电池。这为通过原位聚合和电化学界面工程方法设计高电压固态金属锂电池提供了可能。

　　图1. (a) 原位聚合过程示意图；(b) 原位聚合后的电极内部示意图；(c) 原位聚合前后的电解质照片。(d) 原始钴酸锂电极表面的SEM图像；(e) 原位聚合后的钴酸锂电极表面的SEM图像（Poly-DOL样品）；(f) 原位聚合后的钴酸锂电极截面的EDS绘图图像（Poly-DOL样品）。

　　图2. (a)不同原位聚合样品的LSV曲线；(b)原位聚合样品的随温度变化的锂离子电导率曲线；(c)原位聚合样品和溶剂的FTIR光谱；(d)原位聚合样品和溶剂的13C和(e)1H NMR光谱。

　　图3.原位聚合电解质的Li/LiCoO2电池的CV曲线，（a）聚DOL；（b）聚DOL-20FEC；（c）聚DOL-40FEC；（d）在0.5 C时使用不同原位聚合电解质的Li/LiCoO2电池的循环性能。

　　图4. LiCoO2电极表面的成分。

　　图5. FEC和HDI的可想象的反应机制的结合能分析及相应的示意图。

　　要点

　　一、设计了一种用于原位聚合的新型液态电解质。少量的LiPF6在防止铝集电器腐蚀和加速室温下电池内DOL溶剂的原位聚合方面发挥了双重作用。

　　二、在电化学过程中形成的含有氟和氮的复合材料的界面层有效地抑制了原位聚合电解质（Poly-DOL-40FEC-HDI）和LiCoO2阴极界面的副反应。这要归功于添加的FEC和HDI在LiPF6引入的质子的帮助下产生的协同效应。

　　三、通过DFT计算分析了FEC和HDI的反应机制。使用Poly-DOL-40FEC-HDI电解质的Li/LiCoO2电池在4.2V时显示出良好的循环性能，在室温下0.5C循环500次后容量保持率高达80%。此外，库仑效率也得到有效提高。

　　四、这为通过原位聚合和电化学界面工程方法设计高电压固态金属锂电池提供了可能。

　　In-situ Polymerized Solid-state Electrolytes with Stable Cycling for Li/LiCoO2 BatteriesNano Energy ( IF 17.881 ) Pub Date : 2021-11-02, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106679Zhen Geng, Yuli Huang, Guochen Sun, Rusong Chen, Wenzhuo Cao, Jieyun Zheng, Hong Li

　　来源: ｜电化学能源 ID：easybattery007