香港城市大学材料科学与工程系Chunyi Zhi等--嫁接的MXenes基电解质用于5V级固态电池

聚合物共混固体聚合物电解质(spe)，结合了多种聚合物的优点，在5 V级阴极(如LiCoMnO₄ (LCMO))的应用中具有更高的安全性。然而，聚合物共混物中存在缺陷和空隙的严重宏观相分离限制了SPEs的电化学稳定性和离子迁移。本文利用无机增容剂聚丙烯腈接枝MXene (MXene-g-PAN)改善聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVHF)/PAN共混体系的混相性，抑制相颗粒的固结。所得固相萃取具有较高的阳极稳定性，离子电导率为2.17 × 10−4 S cm⁻¹，可实现稳定可逆的Li镀/剥(超过2500小时)。所制备的固体Li‖LCMO电池可提供5.1 V放电电压，具有良好的容量(131 mAh g⁻¹)和循环性能。随后，还构建了固态一体化石墨‖LCMO电池，扩展了MXene基SPEs在柔性电池中的应用。得益于少接口设计，电池具有优异的机械灵活性和稳定性，可承受各种变形，容量损失小(<≈10%)。该研究通过研究聚合物共混性，在固体柔性锂离子电池的性能、稳定性和可靠性方面取得了重大进展，有利于高性能SPEs的设计。

         

          图1.a)各种SPEs的离子电导率及其高电压耐受性比较。B)在相界面处具有缺陷或空隙的聚合物共混物的相分离。C)高性能相容剂通过增强分子内相互作用来提高聚合物共混物的离子电导率和耐高压性。

          图2a) SPEs组件示意图。b) MXene-g-PAN的AFM和相应的高度轮廓。c) MXene和MXene-g-PAN的O 1s图案。d) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN0.1的SEM图像和氮元素映射。e) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN0.1的厚度。f)制备的SPEs的DSC曲线。g)制备的SPEs的应变-应力曲线。 i) PVHF/PAN/MXene, j) PVHF/PAN/MXene-g-PAN。k) PVHF与PAN在各体系中的相互作用能。

          图3. 锂金属阳极的电化学稳定性和可逆的测试。

        图4Li‖LCMO电池的性能测试。

      图5一体化固体5 V级LiBs的制造。

          

          图6固态一体化电池。

          图7a)弯曲下GCD曲线和弯曲电池的截面SEM图像。B)动态弯曲下的循环性能;c)各种变形下的GCD曲线。D)变形下的循环性能。E)一体化电池变形时的界面阻抗。F)切断后的一体化电池。G)和h)采用一体化柔性电池作为表带，为智能手表供电。

相关科研成果由香港城市大学材料科学与工程系Chunyi Zhi等人2023年发表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202214539)上。原文：Grafted MXenes Based Electrolytes for 5V-Class Solid-StateBatteries。