天大封伟/李瑀EnSM：原位形成氟化聚碳酸酯共聚物固态电解质

由于能源需求不断增加，基于聚合物的固态锂金属电池(LMBs)被认为是便携式和柔性设备的理想电源。然而，传统的聚环氧乙烷基聚合物电解质相对较窄的电化学窗口限制了高能量密度正极材料在LMBs中的应用。

天津大学封伟、李瑀等设计了一种基于含氟聚碳酸酯的共聚物电解质（FPCSPE），将电化学窗口扩展到5 V以上（相对于 Li/Li⁺）。

为克服这些限制，作者通过自由基共聚设计了一系列由碳酸乙烯亚乙酯(VEC)、甲基丙烯酸三氟乙酯(TFEMA)和1,4-丁二醇二丙烯酸酯(BDDA)组成的共聚物，以获得具有耐高压的自支撑固态聚合物电解质（SPE）薄膜。

TFEMA（含氟单体）和BDDA（交联剂分子）的引入与VEC表现出高共聚活性，不仅增加了P(VEC-co-TFEMA)共聚物的分子量，而且还降低了共聚物的HOMO能级并进一步拓宽了电化学稳定性窗口。通过改变组分的比例和双（三氟甲磺酰基）亚胺锂（LiTFSI）的浓度可调节共聚物的电化学性能。

图1 材料制备及表征

结果，基于P(VEC-co-TFEMA)的SPE在25 ℃下表现出5.02 × 10^-5 S·cm^-1的离子电导率和0.44的锂离子转移数，并且由于引入了氟原子而具有0-5.7 V（vs. Li/Li⁺）的宽电化学窗口。

因此，采用NCM811(LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂)正极制备的相应LMB可以在室温下运行，并且在0.1 C (1 C = 275 mA g^-1)表现出218 mAh g^-1的比容量，循环300次后具有70%的容量保持率。由于其优异的电化学性能，FPCSPE与大多数商用的锂电池正极材料兼容。此外，简单方便的聚合过程有利FPCSP的工业化生产。因此，FPCSPE有望成为下一代高能量密度LMB的绝佳候选者。

图2 Li/ NCM811全电池性能

In-Situ Generation of Fluorinated Polycarbonate Copolymer Solid Electrolytes for High-voltage Li-metal batteries. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.004

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天大封伟/李瑀EnSM：原位形成氟化聚碳酸酯共聚物固态电解质

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