张新波Angew:孔隙可调的塑晶固态电解质助力高性能全固态Li-O2电池

北2北

2020-03-17

固态电解质带来的高阻抗与固态正极中有限的三相界面是阻碍高性能全固态Li-O2电池发展的重要障碍。最近，长春应化所的张新波研究员采用热诱导相分离技术成功地制备出了一种孔隙可调的塑晶电解质成功地实现了高性能全固体啊Li-O₂电池。

本文要点

1） 研究人员利用热诱导相分离法成功地制备了兼具高离子电导率和疏松多孔形貌的丁二腈基塑晶固态电解质，从而克服了传统丁二腈基固态电解质过于致密无法构丰富三相界面的弊端。一方面，这种在碳基正极表面原位形成的塑晶电解质能够同时满足离子/电子转移与O₂扩散的需求，从而构建出丰富连续的三相界面。另一方面，孔隙结构带来的高离子电导率、柔性以及吸附性还能够降低电池内部阻抗。

2） 作者使用这种孔隙可调整的塑晶固态电解质组装了全固态Li-O₂电池，优化后的电解质制备条件可以使得Li-O₂电池的容量高达5963mAh/g。当电流密度从200mA/g增大至500mA/g时，电池始终保持着稳定的放电曲线，其放电容量仅仅下降了一点。即使使用普通的纯碳纳米管作为空气正极，全固态电池的容量也能够超过5000mAh/g。这得益于在32℃的近室温条件下该电池的内阻只有115Ω，相比全固态Li-O₂电池领域动辄上千的内阻来说简直微不足道。

3） 作者对这种塑晶电解质对电化学性能的改善作用进行了总结：(1)高离子电导率和高柔性实现了较低电化学极化；（2）连续且丰富的三项界面为加速电化学反应提供了丰富的活性位点。

Jin Wang et al, A Porosity-Adjustable Plastic Crystal Electrolyte Enabled HighPerformance All-Solid-State Lithium-Oxygen Batteries, Angewandte Chemie International Edition, 2020

DOI: 10.1002/anie.202002309

https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202002309