Angew：离子液体功能化凝胶聚合物电解质用于稳定锂金属电池

Nanoyu

2021-08-11

金属锂（Li）具有电化学电位低、理论能量密度高、密度低等优点，被认为是锂离子电池理想的负极材料。然而，Li金属负极的实际应用仍然面临着许多挑战，如不可控的Li枝晶生长和界面稳定性较低等，这些都阻碍了Li金属负极的实用化。

为了克服这些缺点，瑞士弗里堡大学Ali Coskun，韩国首尔大学Jang Wook Choi报道了提出了一种含咪唑离子液体端基和全氟烷基链（F-IL）的凝胶聚合物电解质，通过聚合物主链上的Lewis酸性链段从根本上改变盐在凝胶电解质中的溶解度，从而获得高的离子电导率和Li⁺离子迁移数。此外，F-IL部分的存在降低了Li⁺离子与乙二醇链的结合亲和力，使Li⁺离子能够在凝胶网络中快速转移。

文章要点

1）这些结构特征使得阴离子能够固定在离子液体链段上，从而缓解了空间电荷效应，同时促进了Lewis-酸性聚合物中较强的阴离子配位和较弱的阳离子配位。

2）凝胶聚合物电解质实现了高Li⁺离子电导率（9.16×10⁻³ S cm⁻¹）和高Li⁺离子迁移数（0.69），电化学稳定性高达4.55 V，同时有效地抑制了Li枝晶的生长。此外，基于凝胶聚合物电解质的9 mAh cm⁻²的Li|Li对称电池具有稳定的循环性能，循环1800 h以上，锂-硫（Li-S）全电池循环250次后的容量保持率为86.7%。

研究工作强调了聚合物凝胶电解质分子水平工程在控制Li⁺离子电导率和迁移数这两个关键参数以实现Li金属负极稳定循环方面的作用，并可推广到其他类似枝晶生长和界面不稳定的金属负极系统。

参考文献

Tianhong Zhou, et al, Ionic Liquid Functionalized Gel Polymer Electrolytes for Stable Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202106237

https://doi.org/10.1002/anie.202106237