雙鹽準固態復合電解質用于無枝晶鋰金屬電池

DOI: 10.1039/C9NJ04897A 

鋰離子電池（LIBs）廣泛應用于便攜式電子設備和電動汽車。然而，含有易燃有機液體電解質的LIBs存在安全問題。與有機液體電解質相比，固體電解質具有許多優點，特別是其易燃性低、工作溫度寬。尤其是結合了聚合物和無機電解質的優點的復合聚合物電解質具有良好的界面接觸和高的離子導電性。采用靜電紡絲法制備了聚丙烯腈（PAN）-Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）為基質、LiClO4和Mg(ClO4)2為雙鹽的復合電解質膜。結果表明，在電解質膜中加入鎂鹽可以大大提高電池的循環穩定性。鎂鹽促進電解質中LiPF6的分解以生成氟離子。從而在鋰陽極表面形成穩定的氟化鎂保護層，能有效抑制鋰枝晶的生長、降低界面阻抗、提高電池的循環壽命。此外，所制備的鋰金屬電池還可用于存儲由摩擦電納米發電機（TENGs）收集的機械能。

圖1（a）室溫下不同Mg(ClO4)2含量電解質的LiFePO4|HSE|Li電池的初始放電-充電曲線。（b）不同Mg(ClO4)2添加量的LiFePO4|HSE|Li電池在室溫下的倍率性能測試。（c）添加鎂鹽電解質與不添加鎂鹽電解質的LSVs比較。（d）含鎂鹽和無鎂鹽電解質的Arrhenius圖。（e、f）在電池上施加10mV直流電壓后無鎂鹽和添加鎂鹽電解質的對稱鋰電池的電流-時間曲線，用于確定鋰離子轉移數。插圖顯示了電池極化前后的奈奎斯特阻抗譜。

圖2（a）添加鎂鹽電解質和不添加鎂鹽電解質的對稱Li|HSE|Li電池中的鋰電鍍/剝離循環的電壓分布。（b）0.5 C下不同電解質LiFePO4|HSE|Li電池的長期循環性能：容量和庫侖效率與循環次數的關系。（c）無鎂鹽電解質LiFePO4|HSE|Li電池200次循環后金屬鋰電極表面的SEM圖像。（d）添加鎂鹽電解質的LiFePO4|HSE|Li電池200次循環后金屬鋰電極表面的SEM圖像。

圖3（a、b）200次循環后不添加鎂鹽的LiFePO4|HSE|Li電池中的金屬鋰電極表面的XPS光譜。（c、d）200次循環后添加鎂鹽電解質的LiFePO4|HSE|Li電池中的金屬鋰電極表面的XPS光譜。

圖4（a）對稱分層的摩擦納米發電機的示意圖。（b）在準固態鋰金屬電池中存儲摩擦納米發電機收集的脈沖能量的示意圖。（c）不同頻率下的摩擦納米發電機的短路電流。（d）不同頻率下摩擦納米發電機的開路電壓。（e）由摩擦納米發電機充電的Li∣HSE∣LFP電池的充電曲線。（f）用摩擦納米發電機充電的Li∣HSE∣LFP電池在不同速率下的放電曲線。