原位聚合构建高性能锂金属电池用复合凝胶电解质：界面优化与性能突破

《Journal of Electroanalytical Chemistry》：A composite gel electrolyte constructed by in-situ polymerization for high-performance lithium metal batteries

本文综述了通过静电纺丝构建PVDF-HFP/LLZO三维多孔复合纤维基体，并采用原位聚合技术在其表面形成聚（1,3-二氧戊环）（PDOL）界面层的新型复合凝胶电解质（CGE）。该设计通过连续Li+传输通道和界面稳定性优化，显著提升离子电导率（2.65×10?3 S·cm?1）和锂离子迁移数（0.53），有效抑制锂枝晶生长，使锂对称电池在0.2 mA·cm?2下稳定循环1200小时，展现了固态电解质界面工程的重要突破。

　　

亮点

本研究通过静电纺丝技术制备了聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（PVDF-HFP）与锂镧锆氧（Li₇La₃Zr₂O₁₂，LLZO）的三维多孔复合纤维基体，并在此基础上通过原位聚合构建了聚（1,3-二氧戊环）（PDOL）界面层，形成复合凝胶电解质（CGE）。该设计巧妙结合了无机填料的高离子电导率与聚合物电解质的柔性界面特性，成功解决了电极-电解质界面接触不良的难题。

制备方法

LLZO粉末参照已有方法合成，随后与PVDF-HFP按比例（3:1、3:2、3:3）混合，溶于N,N-二甲基乙酰胺（DMAc）和丙酮溶剂中，经12小时搅拌形成均匀电纺溶液。通过静电纺丝工艺制备得到三维纤维状复合基体，为锂离子传输提供连续通道。

结果与讨论

如图1所示，制备过程分为两步：先通过静电纺丝得到PVDF-HFP/LLZO复合纤维基体，再注入含1,3-二氧戊环（DOL）的单体溶液并在电池内部原位聚合形成PDOL界面层。该策略实现了电极与电解质的紧密接触，构建了高效的锂离子传输路径。离子导电的LLZO填料与柔性聚合物基体协同作用，显著提升了电解质的综合性能。

结论

综上所述，我们在PVDF-HFP/LLZO纤维基体上引入PDOL界面层，成功制备出高性能复合凝胶电解质。PDOL层有效改善了界面接触，促进锂离子均匀沉积，抑制了锂枝晶的生长。组装的Li|PVDF-HFP/LLZO@PDOL|Li电池在0.2 mA·cm^?2电流密度下可稳定工作1200小时，过电位保持在40 mV以内；在0.5 mA·cm^?2下也能稳定循环300小时，展现了优异的锂沉积/剥离可逆性。基于该电解质的全电池在LiFePO₄和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极体系中均表现出卓越的循环稳定性，印证了其在实际应用中的潜力。