华南理工大学杜丽教授、刘述梅教授AM：具有双强化稳定界面的可扩展聚合物电解质助力4.5 V锂金属电池！

高能量密度锂金属电池（LMB）是公认的下一代储能设备。然而，锂金属负极的高反应性会导致电解质的不良消耗和锂枝晶的不可控生长，从而带来库仑效率的降低和严重的安全隐患。迄今为止，在采用高容量富镍LiNxCoyMn1-x-yO2（NCM）层正极的锂金属电池中，如何稳定电解质-电极界面并阻止锂枝晶扩散仍是一项巨大挑战。

近日，华南理工大学杜丽教授、刘述梅教授通过丙烯酸六氟丁酯和亚甲基双丙烯酰胺的共聚制备了一种特殊的分子级设计聚合物电解质，从而构建了双重增强的稳定界面。X 射线光电子能谱深度剖析证实，在锂金属负极和富镍正极上分别形成了有利的固体电解质相间层（SEI）和稳固的正极电解质相间层（CEI）。其中。富含亲锂N-(C)3的SEI可引导Li+均匀分布，并促进Li+通过LiF和Li3N的传输，进而促进Li+的均匀沉积和剥离。此外，带有抗氧化酰胺基团的CEI还能抑制正极与电解质之间的寄生反应以及正极的结构退化。同时，独特的两阶段流变调控紫外聚合策略非常适合于环保型连续电解质的制备。所制备的聚合物电解质在室温下具有1.01 mS cm-1的高离子电导率。4.5 V NCM622//Li电池在0.5 C条件下循环500次后，可实现85.0%的长时间运行。这项工作为聚合物基高压电池的分子设计和工艺设计提供了新的见解。

文章要点：

1. 这项工作报告了一种新型聚合物电解质，它具有用于高压LMB的双重增强界面。这种聚合物电解质是通过2,2,3,4,4,4-六氟丁基丙烯酸酯（HFBA）和N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBAM）的共聚而合成的。

2. 氟化和氮化官能团的引入促进了富氟化和氮化固体电解质相（SEI）的形成，从而引导了Li+的均匀分布并抑制了锂枝晶的不规则生长。同时，抗氧化的氟化和氮化基团可促进构建坚固的CEI，从而有效抑制富镍NCM正极材料的界面寄生反应和结构降解。

3. 此外，作者还采用了一种简便且可扩展的两阶段流变调节紫外引发聚合策略，用于卷对卷制造氟化和氮化聚合物电解质（F&NPE）。

4. 结果表明，采用F&NPE的锂/锂对称电池在0.5 mA cm-2下可稳定运行700小时，在0.1 mA cm-2下可稳定运行1600小时，且不会发生短路。由于采用了双强化界面，NCM622/F&NPE/Li全电池即使在室温下4.5 V的电压下（500次循环后保持率为85.0%）也能提供出色的循环稳定性。

5. 这项工作可从分子级设计和工艺性设计的角度，为推动具有高能量密度和高安全性的高压LMB的发展提供新的启示。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202304951

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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