基于聚偏氟乙烯（PVDF）的聚合物电解质具有较高的室温离子导电性、足够的机械强度和良好的热稳定性，因此越来越受到高压固态锂金属电池的关注。然而，N, N-二甲基甲酰胺（DMF）等高活性残留溶剂的存在严重影响了其长期循环稳定性。在此，我们提出了一种溶剂化定制策略，通过引入低成本的3 Å沸石分子筛作为填料来限制残留溶剂分子。DMF与分子筛之间的强相互作用削弱了DMF参与Li+溶剂化的能力，导致更多阴离子参与溶剂化。得益于量身定制的富阴离子配位环境，与锂正极和高压NCM811负极的界面副反应得到了有效抑制。因此，固态Li||Li对称电池在0.1 mA cm-2的条件下实现了超过5100 小时的超稳定循环，Li||NCM811全电池在4.3 V和4.5 V的充电截止电压下分别实现了超过1130 次和250 次的卓越循环稳定性。我们的工作是解决基于PVDF的固态电解质中残留DMF负面影响的创新性探索，凸显了调节固态聚合物电解质中溶剂化结构的重要性。
图文简介
a ) PV-MS20和PVDF电解质的LSV曲线。b ) PVDF和PV-MS20电解质的NCM811/Li电池的倍率性能。NCM811/Li电池在2.8-4.3 V，c ) 2 C和d ) 1 C下的长期循环性能。e ) NCM811/Li电池在2.8-4.5 V和1 C下的循环性能。f ) NCM811/PV-MS20/Li软包电池在0.5 C下的循环性能。g )软包电池在弯曲和切割条件下点亮LED的安全测试。
A ) PVDF和PV-MS20电解质离子电导率的阿伦尼乌斯曲线。b ) Li/PVLN-15/Li电池和c ) Li/PVDF/Li电池的极化曲线以及初始和稳态阻抗图；d ) PV-MS20和PVDF电解质的FTIR图谱。( e ) PVDF和( f ) PV-MS20电解质的拉曼光谱；g )吸附能的DFT结果；h ) PVDF和PV-MS20电解质的Li/Li对称电池在0.1 mA cm-2电流密度下的恒流充放电曲线。
a )使用PV-MS20电解质的固态NCM811 Li电池工作机理示意图。b ) PVDF粉末、PVDF和PV-MS20电解质的XRD图谱。c )沸石分子筛粉末的SEM图像。d ) PVDF电解质的横截面和表面SEM图像。e ) PV-MS20电解质的横截面和表面SEM图像。PV-MS20电解液中f ) Al和i ) F元素的表面能谱分析( EDS )图谱。
从PVDF和PV-MS20电解质中循环的金属锂负极表面收集了a ) C 1s，b ) N 1s和c ) F 1s的XPS谱。在0.1 mA/cm2的电流密度下循环100圈后，d ) Li/PV-MS20/Li和( g ) Li/PVDF/Li对称电池的Li表面的SEM图像。循环后Li金属负极与e ) PV-MS20和h ) PVDF电解质之间的界面的SEM图像，以及循环后F元素的相应 (f, i) EDS 图谱。
使用a) PV-MS20和b) PVDF电解质的循环NCM811阴极的TEM和FFT图像。循环NCM81 阴极的 c) C 1s、d) O 1s 和 e) F 1s XPS光谱。
论文信息
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202401428
通讯作者：Haoshen Zhou
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