顆粒在線訊：傳統(tǒng)的鋰離子電池（LIBs）在可達(dá)到的能量密度方面已接近其理論極限，因此需要新的化學(xué)物質(zhì)來(lái)儲(chǔ)存鋰離子，以使其能量密度遠(yuǎn)超過(guò)今天基于嵌入機(jī)制運(yùn)行的LIBs。自20世紀(jì)70年代以來(lái)，金屬鋰由于其較高的理論比容量（3860 mAh g?1）和極低的電極電位（-3.040 V與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比），而被作為廣泛研究的負(fù)極材料。采用鋰金屬負(fù)極的鋰金屬電池（LMBs）可以克服LIBs的能量密度限制，但是，目前還有一些固有的技術(shù)障礙需要克服，例如鋰枝晶生長(zhǎng)和由此產(chǎn)生的不可控固體電解質(zhì)界面（SEI）形成。這種界面不穩(wěn)定性還與循環(huán)和過(guò)熱期間金屬鋰的高反應(yīng)性有關(guān)，這可能導(dǎo)致較差的循環(huán)性能和安全隱患。

鑒于此，瑞士弗里堡大學(xué)Ali Coskun教授報(bào)道了一種含有咪唑離子液體端基和全氟烷基鏈（F-IL）的凝膠聚合物電解質(zhì)，通過(guò)聚合物主鏈中的路易斯酸性鏈段從根本上改變鹽在凝膠電解質(zhì)中的溶解度，從而實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率和鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)。此外，F(xiàn)-IL 部分的存在降低了鋰離子對(duì)二醇鏈的結(jié)合親和力，使鋰離子能夠在凝膠網(wǎng)絡(luò)內(nèi)快速轉(zhuǎn)移。這些結(jié)構(gòu)特征使陰離子固定在離子液體鏈段上以減輕空間電荷效應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)路易斯酸性聚合物中更強(qiáng)的陰離子配位和較弱的陽(yáng)離子配位。結(jié)果，該凝膠聚合物電解質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高鋰離子電導(dǎo)率（9.16 × 10-3 S cm-1 ）和高鋰離子遷移數(shù)（0.69），以及高達(dá)4.55 V的良好電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)有效抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)。

文章亮點(diǎn)：

1. 報(bào)道了一種新型凝膠聚合物電解質(zhì)（F-IL-GEL），其由氟化烷基側(cè)鏈的IL（F-IL）、二季戊四醇五/六丙烯酸酯（DPEPA）和聚（乙二醇）甲基丙烯酸酯（PEGMA，平均Mn = 500）組成。

2. PEGMA用于通過(guò)乙二醇鏈實(shí)現(xiàn)高離子電導(dǎo)率，而DPEPA通過(guò)豐富的丙烯酸酯官能團(tuán)形成高度交聯(lián)的凝膠網(wǎng)絡(luò)，并引入側(cè)鏈F-IL以提供多種功能，即通過(guò)與路易斯酸性位點(diǎn)的非共價(jià)相互作用有效固定鋰鹽陰離子，降低鋰離子對(duì)二醇鏈氧原子的親和力，并提高交聯(lián)凝膠聚合物電解質(zhì)（CGPE）的電化學(xué)穩(wěn)定性。

3. 該凝膠聚合物電解質(zhì)同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高鋰離子電導(dǎo)率（9.16 × 10-3 S cm-1 ）和高鋰離子遷移數(shù)（0.69），以及高達(dá)4.55 V的良好電化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)有效抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)。此外，該凝膠聚合物電解質(zhì)使Li|Li對(duì)稱(chēng)電池在9 mAh cm-2下穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)1800小時(shí)，并且使鋰硫（Li-S）全電池循環(huán)250次后仍保持原始容量的86.7%。

圖1 凝膠聚合物電解質(zhì)的合成及作用示意圖

圖2 凝膠聚合物電解質(zhì)對(duì)鋰沉積形貌的影響

圖3 電化學(xué)性能