AFM | 交聯(lián)聚合物深共晶電解質(zhì)實現(xiàn)4.6 V級鋰金屬電池的超長循環(huán)！

聚合物深共晶電解質(zhì)（PDEE）通常在高電壓（≥4.5 V）下電化學穩(wěn)定性不足且界面相容性差，這限制了其在高電壓鋰金屬電池（LMBs）中的應用。

在此，華南理工大學何明輝團隊將季戊四醇三丙烯酸酯（PETA）作為交聯(lián)劑策略性地引入到由雙丙酮丙烯酰胺（DAAM）、雙（三氟甲磺酰基）亞胺鋰（LiTFSI）和丁二腈（SN）組成的新型可聚合深共晶溶劑（PDES）單體中，開發(fā)了一種交聯(lián)聚合物深共晶電解質(zhì)（Poly（PDES-CL））。

設(shè)計的交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)不僅通過協(xié)同配位相互作用促進了鋰鹽解離，還有效抑制了鋰金屬界面副反應。所得Poly（PDES-CL）電解質(zhì)表現(xiàn)出高離子電導率（9.28×10?4?S cm?1）和寬電化學窗口（5.58 V vs. Li+/Li）。

此外，交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)促進了兩個電極上穩(wěn)定界面的形成。因此，Poly（PDES-CL）電解質(zhì)使LiIIIi對稱電池實現(xiàn)了超過5000小時的超長循環(huán)。LiCoO2/Ii電池表現(xiàn)出卓越的循環(huán)性能，在4.6 V/IC下循環(huán)700次后容量保持率為97.4%，在4.5 V/0.5C下循環(huán)1550次后保持率為90.4%。其在高電壓正極系統(tǒng)中的優(yōu)異性能使其躋身性能最佳的PDEE行列，凸顯了其在高電壓LMBs應用中的潛力。

圖1. 機制研究

總之，該工作開發(fā)的新型交聯(lián)PDES基聚合物電解質(zhì)（Poly（PDES-2%CL））具有高室溫離子電導率（9.28×10?4?S cm?1）、穩(wěn)定的電化學窗口（5.58 V）和高鋰離子遷移數(shù)（tLi+=0.7）。該電解質(zhì)的均勻交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)有效地錨定了陰離子，抑制了SN的副反應，并促進了均勻的Li+擴散。

它不僅在鋰負極界面形成了富含LiF/Li3N的理想SEI層，而且在高截止電壓下保持穩(wěn)定，并形成致密、均勻的薄CEI層。這些優(yōu)勢使得Li//Ii對稱電池實現(xiàn)了超過5000小時的顯著穩(wěn)定循環(huán)，并在與各種正極（LFP、LCO和NCM622）配對的鋰金屬電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性。

具體而言，在LIIIiLFP電池中，Poly（PDES-2%CL）電解質(zhì)在IC下循環(huán)750次后容量保持92.5%，在5C下循環(huán)1800次后容量保持93.2%。在Li//iLCO電池中，其在4.6 V/IC下循環(huán)700次后容量保持97.4%，并在4.5 V/0.5C下實現(xiàn)1550次循環(huán)，容量保持90.4%。此外，該電解質(zhì)在低溫下也表現(xiàn)出穩(wěn)健的循環(huán)性能。

本工作開發(fā)了一種具有優(yōu)異高電壓性能的交聯(lián)聚合物深共晶電解質(zhì)，推進了PDEE領(lǐng)域的發(fā)展，并為高電壓固態(tài)LMBs提供了一個可擴展的新范式。

圖2. 電池性能

Ultralong Cycling of 4.6 V‐Class Lithium Metal Batteries Enabled by a Highly Stable Crosslinked Polymer Deep Eutectic Electrolyte,Advanced Functional Materials2025 DOI: 10.1002/adfm.202524401

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