华科胡先罗AFM：0至90 °C宽温度域高性能固态锂金属电池

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华科胡先罗AFM：0至90 °C宽温度域高性能固态锂金属电池基于凝胶支架和离子液体的集成离子凝胶电解质膜（IGEMs）因其广泛的加工兼容性、不易燃性以及良好的热和电化学特性而引起了广泛的关注。然而，缺乏可同时实现IGEM的高机械强度和Li+可运输性的功能性支架限制了电池的功率和安全性。
华中科技大学胡先罗等报道了一种具有高Li+电导率和出色热稳定性的IGEM。
华科胡先罗AFM：0至90 °C宽温度域高性能固态锂金属电池
图1 IGEM的结构、组成和性能对比
设计的IGEM包括电纺聚合离子液体（PIL）-聚（二烯丙基二甲基铵）双（三氟甲磺酰基）亚胺（PDADMATFSI）纳米纤维和交联聚（2,2,2-甲基丙烯酸三氟乙酯）（PTFEMA）。PDADMATFSI PIL纳米纤维和交联PTFEMA的半互穿网络的协同作用促进了锂离子从载体离子传输模式向结构离子传输模式的理想转变。
对锂离子传输机制的详细研究表明，PIL骨架上带正电的PDADMA+和PTFEMA上的强电负性-CH2CF3基团可通过调节离子-离子和离子-偶极相互作用，同时赋予 锂离子环境的定制设计。结果，锂离子迁移率的提高导致锂离子转移数（𝑡Li+）和锂离子电导率大大增加。
华科胡先罗AFM：0至90 °C宽温度域高性能固态锂金属电池
图2 IGEM的电化学性质
结果，基于IGEM的Li||Li对称电池在2000小时内表现出0.21 V的低极化电压和显著的锂沉积/剥离可逆性。凭借独特的IGEM，固态Li||LiFePO4电池在0至90 °C的宽温度范围内实现了更高的倍率性能和良好的循环性能。此外，具有≈2 mAh cm-2正极容量的实用固态Li||LiFePO4软包电池也已被证明。
这项工作为集成离子凝胶电解质中设计特定混合支架提供了新的见解，它协同增强了锂离子传输特性，并在具有高能量密度和高安全性的下一代固态锂金属电池中具有广阔的前景。
华科胡先罗AFM：0至90 °C宽温度域高性能固态锂金属电池
图3 Li||Li和Li||LiFePO4电池的电化学性能
Monolithic Task-Specific Ionogel Electrolyte Membrane Enables High-Performance Solid-State Lithium-Metal Batteries in Wide Temperature Range. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202110653

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