ChemElectroChem:原位聚合法制备聚多巴胺/聚氧化乙烯复合电解质用于全固态锂离子电池

  • A+
on powered-by="xiumi.us" style="text-align: justify; white-space: normal; margin-top: 10px; margin-bottom: 10px; box-sizing: border-box;">

嘉兴学院生物与化学工程学院王燕刚教授、黄宏博士开发了一种利用原位聚合法制备聚多巴胺(Polydopamine, PDA)/聚氧化乙烯(Polyethylene oxide, PEO)复合电解质的方法,并详细研究了PDA对复合电解质热稳定性、力学性质、导电性质,以及电化学性质的影响。基于此复合电解质的全固态锂离子电池表现出良好的倍率性能及循环稳定性。


锂离子电池在小到便携式电子设备大到新能源汽车等领域都有广泛的应用。但传统锂离子电池一般使用液态电解质,使用时存在泄漏及循环稳定性差等问题。聚合物电解质作为液态电解质的替代物,具有更好的热稳定性及安全性。其中PEO是目前研究最为活跃且最具商业化前景的聚合物电解质。然而,PEO在使用过程中仍然存在许多短板,如室温导电率较低、电解质与电极之间界面稳定性差、机械性能不足以及易燃等。


为克服PEO在实际应用中的这些缺陷,目前采用的方法包括对PEO进行交联或加入纳米粒子以提高PEO的本征性质。但是PEO的交联反应通常条件较为苛刻且对电极有一定损伤,而添加传统无机纳米颗粒则很难全面提升PEO的综合性能。针对以上问题,作者提出一种操作简便且绿色环保的策略,在PEO/{attr}3229{/attr}TFSI电解质基体中进行多巴胺的原位聚合,得到PDA/PEO复合电解质。实验结果表明,利用该原位聚合法得到的PDA纳米粒子在聚合物基体中分散非常均匀。由于PDA与PEO分子链之间的氢键作用,复合电解质的结晶度明显降低,而力学性能、热稳定性,以及电导率等则得到显著提高。此外,由于PDA良好的自由基清除性质,该复合电解质的阻燃性也得到提升。在电流密度0.5 C条件下,基于PDA/PEO复合电解质的全固态锂离子电池放电容量可达138.6 mAh·g-1,经过100次循环过后,容量保持率仍能达到94%。以上研究为开发安全稳定的全固态锂离子电池提供了新的方法。

图1 PDA/PEO复合电解质的制备过程

图2(a)不同循环次数下电池在0.5C电流密度下的比容量和库伦效率。(b)不同电流密度下电池的充放电曲线。(c)不同电流密度下电池的容量比较。

论文信息:

In Situ Polymerized Polydopamine Nanoparticles Enhanced Polymer Composite Electrolyte for All-Solid-State Lithium-Ion Batteries

Biyun Chen, Dr. Hong Huang, Dr. Yuan Wang, Dr. Zhangfeng Shen, Dr. Lifen Li, Dr. Yan Wang, Dr. Xiaoqiang Wang, Prof. Xi Li, Prof. Yangang Wang

文章第一作者为陈碧云


ChemElectroChem

DOI: 10.1002/celc.202101277


weinxin
我的微信
关注我了解更多内容

发表评论

目前评论:0