Lynden Archer等Adv Mater：电化学原位聚合构建准固态混合电解质的固体电池

纳米技术

2022-06-29

通过Lewis酸的盐引发电化学反应池的固体电解液原位聚合，为解决电解质润湿问题、获得活性电解液提供方法，通过将含有前驱体和电化学惰性结构的原料通过原位聚合的方式合成复合固体聚合物电解质HSPE（Hybrid solid-state polymer electrolytes），能够选择性增强或者强化电解液的全部组分，同时避免对于较高程度的聚合或者较长的聚合时间。

有鉴于此，康奈尔大学Lynden A. Archer等报道通过Lewis酸Al(OTf)₃催化含有1,3-二氧五环的纳米SiO₂颗粒进行原位聚合生成HSPE，研究其合成、结构、化学动力学、电化学性能等问题。

本文要点

（1）

通过小角X射线散射表征发现SiO₂颗粒均匀分散在1,3-二氧五环中，通过具有时间分辨率的机械强度测试，观测聚合反应动力学，发现通过加入纳米粒子，能够改变开环聚合的反应微动力学。通过连接在SiO₂纳米粒子表面的聚乙二醇与聚1,3-二氧五环之间的强相互作用实现共聚合，同时将纳米粒子组装在其中。研究1,3-二氧五环的聚合反应过程，发现这种方式同样能够实现1,3-二氧五环的聚合-解聚合。

（2）

在含有HNP、LiNO₃、LiTFSI的时候，1,3-二氧五环开环聚合，构建Li|HSPE|Cu电化学半电池，研究这种原位生成HSPE的性能。发现这种半电池的库伦效率达到99 %，而且能够长期稳定的进行电化学循环。作为验证性的电池概念模型，使用S-聚丙烯腈复合材料作为阴极，构建了固态Li-S全电池，发现原位聚合的Li|HSPE|SPAN电池具有优异的循环性能，为发展通过原位聚合用于具有较高机械强度的固体聚合物电解质、实现高性能全固体电池提供经验。

参考文献

Nyalaliska W. Utomo, Yue Deng, Qing Zhao, Xiaotun Liu, Lynden A. Archer, Structure and Evolution of Quasi-Solid-State Hybrid Electrolytes Formed Inside Electrochemical Cells, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202110333

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110333