4V的柔性全固態鋰聚合物電池

1.無溶劑的聚合物電解質在室溫下運行

2.聚合物電解質能實現全固態和柔性的鋰聚合物電池

3.鋰聚合物電池柔性高和受到損傷后能快速恢復。

研究背景

　　盡管鋰離子電池的安全問題由不同原因造成，例如過充、機械濫用和內部或者外部電路短路，但關鍵在于易揮發的、可燃的碳酸鹽電解液。從碳酸鹽電解液到固體聚合物電解質的轉變主要會帶來無揮發性、可燃性低、無電解質泄漏、易加工、柔性和機械強度高這些優點。另外，固體聚合物電解質能允許使用鋰金屬負極。因此，鋰聚合物電池具有高安全性和高能量。

　　聚環氧乙烷作為一種固體聚合物電解質，對鋰具有強溶劑化能力，但HOMO相對較低，導致高壓下環氧乙烷鏈段的氧化穩定性差。因此，含有聚環氧乙烷的固體聚合物電解質大多被限制在3V的正極材料體系中，例如LiFePO4和V2O5中。相反，4V的正極很少被研究，例如層狀的LiCoO2和LiNixCoyMn1-x-yO2。

成果簡介

　　2019年8月5日，Nano Energy上刊登了卡爾斯魯厄理工學院的Guk-TaeKim和Stefano Passerini以及南洋理工大學的Ze XiangShen作為共同通訊作者發表的文章。它們報道了4V的LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2或者LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2作為正極電極活性材料、交聯的三組分固體聚合物電解質(PEO10-LiTFSI-PYR14TFSI2)作為固體聚合物電解質和鋰作為負極的柔性全固態鋰聚合物電池。

　　即使將該電池卷成圓柱形并切成若干片，它仍能點亮LED燈。LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2電極在所有的4V活性材料中，倍率性能和循環穩定性最高。從EIS和TEM的表征結果可以看出，電池性能出色的原因主要是快速穩定鈍化層、電阻低和極大地減輕了相轉移。

　　而且，自放電測試的結果揭示了LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2為電極的電池的聚環氧乙烷在高壓下的分解不如LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2為電極的電池，可能表明了錳元素在促進聚合物電解質分解所起的作用。

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