強靭な全有機準固体複合電解質の設計・作製およびリチウム金属電池性能

Lin-ying Zheng ,  

Yu-heng Lu ,  

Ying-lei Liang ,  

Zhi-tao Zou ,  

You-chen Tang ,  

Bing-na Zheng ,  

Shao-hong Liu ,  

摘要

高性能固体電解質の開発は、次世代固体リチウム電池の総合性能向上の鍵となります。従来のポリマー系固体電解質に普遍的に存在する機械的強度の低さ、イオン伝導率の低さ、および界面安定性の悪さといった問題を改善するためには、通常、機能性フィラーの導入が必要です。しかし、一般的に使用される無機フィラーはポリマーマトリックスとの相容性が低く、複合ネットワークに空隙が発生しやすく、機械的性質の劣化、イオン輸送経路の不均一化、局所的な副反応の激化などの問題が生じます。これらを踏まえ、本研究ではシアノ基修飾された剛直な芳香族ポリアミド(CY-PPTA)機能性フィラーを設計し、さらにポリ(偏)フルオロビニリデン(PVDF)基の全有機準固体複合電解質を構築しました。芳香族ポリアミド鎖間の強い相互作用が剛直なナノ粒子の形成を促進し、シアノ基およびアミド基とPVDFの協調作用により、CY-PPTAは固体電解質の力学的支持骨格を担い機械的強度を向上させるだけでなく、リチウム塩の解離およびリチウムイオンの移動を促進し、連続した効率的なイオン輸送経路(イオン伝導率8.12×10⁻⁴ S·cm⁻¹)を構築し、さらにリチウム金属表面にLiFが豊富な安定なSEIを誘導し、最終的にLi|LiFePO₄全電池の安定した長寿命サイクル(5.0 Cで1300サイクル後に容量保持率88%)を実現しました。本研究は、新しい固体電解質の開発に新たな視点を提供します。

关键词

準固体ポリマー電解質;リチウム金属電池;有機フィラー;高機械強度;高イオン伝導率

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