準(zhǔn)固體聚合物電解質(zhì)（QPE）鋰金屬電池在高能量密度電池的應(yīng)用方面前景廣闊，但其離子電導(dǎo)率低、氧化穩(wěn)定性差。近日，來(lái)自華南理工大學(xué)的杜麗教授采用課題組之前報(bào)道的兩階段流變調(diào)控紫外光引發(fā)聚合法開(kāi)發(fā)了一種用介電 Nb4C3F2 MXene 增強(qiáng)的準(zhǔn)固體聚合物電解質(zhì)（QPE），它具有寬電化學(xué)窗口和高離子電導(dǎo)率，并且提出了一種新型的自建電場(chǎng)（SBEF）策略，通過(guò)優(yōu)化MXene的端基，增強(qiáng)Li+的傳輸并加速LiTFSI中C-F鍵裂解的降解動(dòng)力學(xué)。其中，介電Nb4C3F2 MXene誘導(dǎo)的SBEF有效地構(gòu)建了高導(dǎo)電性的富含LiF的SEI和CEI穩(wěn)定界面，并提高了QPE的電化學(xué)性能。 研究人員利用DFT和AIMD評(píng)估了聚合物鏈單元和其他電解質(zhì)化合物的電化學(xué)氧化還原活性和對(duì)相關(guān)的鋰離子轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)行了深入研究。DFT研究結(jié)果表明，LUMO數(shù)值的降低表明PPTE電子接受能力更高，相對(duì)較低的HOMO表明其具有更高的抗氧化能力。采用AIMD模擬來(lái)分析電解質(zhì)中LiTFSI的結(jié)構(gòu)變化，隨著Nb4C3F2的添加，在0 ps至5 ps的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，LiTFSI中C-S鍵長(zhǎng)從1.83?增加到3.98?，C-F鍵長(zhǎng)從1.33?增加至3.80?，C-S和C-F鍵表現(xiàn)出斷開(kāi)現(xiàn)象。這表明Nb4C3F2的添加可以有效地促進(jìn)LiTFSI的充分分解。 通過(guò)XPS刻蝕和ToF-SIMS對(duì)雙強(qiáng)化穩(wěn)定界面進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，SEI/CEI的結(jié)構(gòu)主要由外層的有機(jī)組分和內(nèi)層的無(wú)機(jī)組分組成，外層的有機(jī)組分提供一定的機(jī)械強(qiáng)度，內(nèi)層LiF無(wú)機(jī)組分有助于鋰離子均勻傳輸。由有機(jī)和無(wú)機(jī)成分組成的堅(jiān)固的復(fù)合SEI/CEI有助于在延長(zhǎng)的循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定地進(jìn)行鋰電鍍和剝離。 采用PPTE-Nb4C3F2電解質(zhì)組裝的電池，無(wú)論搭配低載量和高載量LiFePO4或NCM622正極，亦或是厚鋰和薄鋰負(fù)極，都具有高放電容量、高庫(kù)侖效率、穩(wěn)定的電壓平臺(tái)、良好的容量保持性和出色的循環(huán)性能，展示了PPTE-Nb4C3F2 QPE的實(shí)際電池系統(tǒng)應(yīng)用潛力。該工作為聚合物基固態(tài)電解質(zhì)-鋰金屬的界面調(diào)控提供新的認(rèn)識(shí)。 論文信息 A Dielectric MXene-Induced Self-Built Electric Field in Polymer Electrolyte Triggering Fast Lithium-Ion Transport and High-Voltage Cycling Stability Baolin Zhang, Yufeng Su, Yangyang Chen, Shengguang Qi, Mianrui Li, Wenwu Zou, Guoxing Jiang, Weifeng Zhang, Yuqing Gao, Chenhui Pan, Huiyu Song, Zhiming Cui, Chuanfang (John) Zhang, Zhenxing Liang, Li Du* 文章第一作者是華南理工大學(xué)的博士研究生張寶霖和碩士研究生蘇宇峰 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202403949
