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随着便携式电子、电动汽车和智能电网的快速发展，锂电池正成为越来越重要的储能系统，但由于液体电解液的不稳定，特别是在机械、热或电滥用的条件下，锂电池面临着严重的安全问题。近年来，固态锂电池因其高安全性和直接使用大容量锂金属负极进一步提高能量密度而引起学术界和工业界的广泛关注。固体电解液被认为是替代液体电解液制造更安全电池的有效解决方案，但它们要么存在离子导电性低，要么存在接触欧姆阻抗大的问题。 来自东华大学的学者报道了一种由市售液体电解质(1，3-二氧戊烷(DOL)、1，2-二甲氧基乙烷(DME)、三氟甲烷磺亚胺锂(LiTFSI)和LiPF6)在多孔聚酰亚胺纳米纤维膜中室温自聚合而成的具有高导电性和热机械稳定性的准固体电解质(QSE)。LiPF6引发DOL的开环反应，LiTFSI促进自聚合形成聚DOL(PDOL)，而DME增塑剂固化PDOL。另一方面，聚酰亚胺与PDOL有很强的亲和力，有利于形成稳定的QSE网络。结果表明，QSE薄膜具有2.9×10−3S cm−1的室温离子电导率，31 MPa的机械强度和160℃的耐热性。18.7 mg cm−2的高负极负载量的LiFePO4|QSe|Li电池具有良好的循环性能和稳定的电极/电解液界面，在0.5 C的大电流倍率下，室温下200次循环容量保持率为91.8%。相关文章以“Constructing Highly Conductive and Thermomechanical Stable Quasi-Solid Electrolytes by Self-Polymerization of Liquid Electrolytes within Porous Polyimide Nanofiber Films”标题发表在Advanced Functional Materials。
 图1.QSE薄膜的设计与合成。a)用Sol-Gel电纺和分步加热的方法可控地制备PI-NF薄膜。b)室温下DOL在多孔PI-NF膜中的自聚反应和纳米铁QSE膜的制备。c-e)PAA纳米薄膜、PI纳米薄膜和纳米铁QSE薄膜的表面形态和照片。
图 2.材料的物理性质和化学结构。a） PAA、PI 和 PIQSE 温度的 FTIR 光谱。b） H 和 c） C 的 QSE 液化率和 DOL 溶剂的NMR 光谱。d） PI NF薄膜的N2吸附-解吸等温线。e） PI NF 薄膜的接触角测试。f） PIQSE 薄膜的N2吸附吸附等温线。g） PI 和 PIQSE 薄膜的 XPS 光谱。h） PI NF 薄膜的 C 1s 的 XPS 光谱。i） PIQSE 薄膜的 F 1s 的XPS 光谱。
图 3.材料的热机械性能和电化学稳定性。a） PI NF、PP 分离器、PIQSE 和 PPQSE 薄膜 的应力-应变曲线。b） 四种不同薄膜的 TG 曲线。c） PIQSE和PPQSE熔胶在50℃下2h、120℃下2h、160℃下2h的热收缩行为。e） PILE和PIQSE电解质的LSV曲线。f）使用锂金属作为步进电位为10 mV的电极，在25℃下对PIQSE进行计时电流测量。
图4.25℃下的电化学特性a)循环前对称Li||PIQSE||Li和Li||PPQSE||Li电池的交流阻抗测量。b)对称电池在1 mA cm−2电流密度下的恒电流循环曲线；c)对称电池运行500h后的交流阻抗测量：d)PPQSE和e)PIQSE对称电池500h后锂负极表面形态的变化。f)以LiFePO4为正极的准SSLBS的倍率能力。G)具有LiFePO4正极的的长循环行为。h)LiFePO4||PIQSe||Li电池在不同循环下的电压分布。 综上所述，本文报道了利用简单的电纺技术和低成本的自聚方法直接使用商品化的液体电解质来制备新型准固态电解质。在PIQSE薄膜中，高热机械稳定性的PI-NF骨架确保了电解液的高热机械稳定性，而高离子导电性的液体电解质DOL、DME、LiPF6和LiTFSI使QSE薄膜具有与液体电解质相当的高离子导电性。此外，准固体凝胶和PI-NFS膜之间的高接触性保证了在QSE薄膜中形成一个均匀的离子导电网络，在构建Limetal负极基准单边带时，该网络可以引导Li+离子的均匀沉积和快速的离子传输。结果表明，所制备的PIQSE薄膜具有较高的离子电导率、较高的室温Li+离子迁移数、较宽的电化学窗口和良好的热机械稳定性。 通过对LiFePO4||PIQSe||Li(正极负载量为18.7 mg cm-2)的对称电池和准单边带的循环稳定性、倍率能力和界面稳定性的测试，充分验证了PIQSE的正极活性。本文制备的PIQSE薄膜是一种很有前途的解决方案，可以用来构建高能、安全的准固态电解质。 |
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