长春应化所张新波Angew：全氟化聚电解质实现安全和高性能Li-O2电池

由锂枝晶生长和传统电解液低Li⁺转移数引起的浓差极化导致的高容量Li-O₂电池性能严重下降，阻碍了它们的实际应用。

中科院长春应化所张新波等将具有固定在全氟聚合物骨架上磺酸基的锂化Nafion(LN)设计为可溶性锂盐，以制备二甲基亚砜(DMSO)基不易燃的聚电解质溶液。

图1 聚电解质的设计原理示意图

所得溶液可以同时实现0.84的高Li⁺转移数和与液体电解液相当的Li⁺电导率(2.5 mS cm^-1)。LN的阴离子具有比溶剂低的LUMO能级和与LiO₂的强相互作用，可以产生富含LiF的SEI膜来保护锂负极，并减少与LiO₂相关的寄生反应。此外，这种新型聚电解质溶液还具有阻燃性。受益于这些优势，作者成功实现了聚电解质溶液在Li-O₂电池中的应用。

图2 SEI及循环后锂金属形貌

因此，在DMSO中加入LN的Li-O₂电池可以促进溶液放电过程，其具有大的放电容量（9508 mAh g^-1 at 200 mA g^-1）和优异的倍率性能。此外，该电池具有超低的充电过电势（0.18 V）、第一次循环中的较高能量转换效率（88.5 %）和出色的循环性能（在1000 mAh g^-1的有限容量下循环225 次）。

此外，采用这种不易燃聚电解质溶液制成的软包锂空气电池呈现出高安全性，针刺和切角测试不会干扰电池为发光二极管(LED)、电风扇、智能手表和智能手机供电，展现出极好的应用前景。

图3 安全性和为商用电子设备供电的能力

Soluble and Perfluorinated Polyelectrolyte for Safe and High-Performance Li−O2 Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202116635