聚合物共混固體聚合物電解質(spe)，結合了多種聚合物的優(yōu)點，在5 V級陰極(如LiCoMnO
4 (LCMO))的應用中具有更高的安全性。然而，聚合物共混物中存在缺陷和空隙的嚴重宏觀相分離限制了SPEs的電化學穩(wěn)定性和離子遷移。本文利用無機增容劑聚丙烯腈接枝MXene (MXene-g-PAN)改善聚偏氟乙烯-共六氟丙烯(PVHF)/PAN共混體系的混相性，抑制相顆粒的固結。所得固相萃取具有較高的陽極穩(wěn)定性，離子電導率為2.17 × 10−4 S cm
−1，可實現(xiàn)穩(wěn)定可逆的Li鍍/剝(超過2500小時)。所制備的固體Li‖LCMO電池可提供5.1 V放電電壓，具有良好的容量(131 mAh g
−1)和循環(huán)性能。隨后，還構建了固態(tài)一體化石墨‖LCMO電池，擴展了MXene基SPEs在柔性電池中的應用。得益于少接口設計，電池具有優(yōu)異的機械靈活性和穩(wěn)定性，可承受各種變形，容量損失小(<≈10%)。該研究通過研究聚合物共混性，在固體柔性鋰離子電池的性能、穩(wěn)定性和可靠性方面取得了重大進展，有利于高性能SPEs的設計。
圖1. a)各種SPEs的離子電導率及其高電壓耐受性比較。B)在相界面處具有缺陷或空隙的聚合物共混物的相分離。C)高性能相容劑通過增強分子內相互作用來提高聚合物共混物的離子電導率和耐高壓性。
圖2 a) SPEs組件示意圖。b) MXene-g-PAN的AFM和相應的高度輪廓。c) MXene和MXene-g-PAN的O 1s圖案。d) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN 0.1的SEM圖像和氮元素映射。e) PVHF/PAN0.3/MXene-g-PAN0.1的厚度。f)制備的SPEs的DSC曲線。g)制備的SPEs的應變-應力曲線。 i) PVHF/PAN/MXene, j) PVHF/PAN/MXene-g-PAN。k) PVHF與PAN在各體系中的相互作用能。
圖3. 鋰金屬陽極的電化學穩(wěn)定性和可逆的測試。
圖4 Li‖LCMO電池的性能測試。
圖5 一體化固體5 V級LiBs的制造。
圖6 固態(tài)一體化電池。
圖7 a)彎曲下GCD曲線和彎曲電池的截面SEM圖像。B)動態(tài)彎曲下的循環(huán)性能;c)各種變形下的GCD曲線。D)變形下的循環(huán)性能。E)一體化電池變形時的界面阻抗。F)切斷后的一體化電池。G)和h)采用一體化柔性電池作為表帶，為智能手表供電。
相關科研成果由香港城市大學材料科學與工程系Chunyi Zhi等人2023年發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.202214539)上。原文：Grafted MXenes Based Electrolytes for 5V-Class Solid-State Batteries。
轉自《石墨烯研究》公眾號
