清华大学周光敏AEM：集成多孔高负载电极和凝胶聚合物电解质，实现高性能准固态电池

锂离子电池（LIBs）的实际应用受到使用液态电解液（LE）的安全问题的挑战。凝胶聚合物电解质（GPEs）被认为是解决这一安全问题的有前景的候选材料。此外，要实现高能量密度，必须使用高负载电极。然而，电极与电解质之间的界面接触不良仍然是一个具有挑战性的问题，尤其是对于高负载电极而言。

近日，清华大学深圳国际研究生院周光敏副教授利用三聚氰胺甲醛海绵在高活性材料负载电极中构建多孔通道，然后通过原位热诱导聚合将GPE渗入电极的多孔通道中，以解决电极-电解质界面问题。研究发现，具有足够表面积的多孔电极结构改善了电解质渗流和快速离子扩散动力学，从而使锂离子通量分布均匀，并有效地均匀了局部电流密度，因此实现了均匀的锂沉积。结果，采用多孔电极和原位聚合GPE集成方法制成的半电池和无阳极全电池均具有出色的放电容量和循环稳定性。毫无疑问，这种集成方法适用于制备具有高能量密度和安全性的电池。

文章要点：

1. 这项工作展示了一种可行且可扩展的方法，即使用碳纳米管（CNT）涂覆导电三聚氰胺甲醛（CMF）作为高活性材料宿主来构建多孔电极。此外，还采用了一种原位无溶剂热固化方法来制备可渗透到整个电极的GPE。

2. 多孔电极结构提供了足够的表面积，可形成良好的电极/电解质界面接触，并在高容量负载电极中实现快速的锂离子扩散动力学。此外，多孔电极与原位聚合电解质的结合还提供了均匀的锂离子通量分布，有效地均化了局部电流密度。

3. 因此，采用多孔电极的半电池和无阳极全电池显示出卓越的电化学性能。这项工作开辟了一条将多孔电极和原位聚合电解质相结合的途径，以促进高能量密度和高安全性的锂离子电池的实际应用。

图1 GPE的结构和性能表征

图2 CMF和LiFe0.4Mn0.6PO4(LMFP)负载CMF的形态和结构表征

图3半电池在室温下的电化学性能

图4 无阳极全电池和软包电池的性能

原文链接：

https://doi.org/10.1002/aenm.202302476

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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