用于高稳定性聚合物锂离子电池的聚(1,3-二氧杂环戊烷)电解质的非均相原位聚合

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Nonhomogeneous In Situ Polymerization of Poly(1,3-dioxolane) Electrolytes for High Stable Polymer Lithium Batteries

梯度结构聚(1,3-二氧六环)固体电解质通过非均相原位聚合制备，在铝 trifluoromethanesulfonate引发剂预处理多孔骨架下形成凝胶-固体-凝胶复合结构，兼顾高机械性能（175 MPa）与界面柔性，实现电化学稳定窗口5.5 V、离子电导率3.29×10?? S·cm?1及锂离子迁移数0.71，适用于LiFePO?/NCM622高电压电池体系，兼具优异循环（1000小时）和倍率性能。

　　

均相原位聚合是一种环保且常用的方法，可用于制备聚合物电解质并有效改善界面接触。然而，在不同的引发剂条件下，同时实现高机械性能、良好的界面柔韧性以及可控的聚合过程是相当困难的。在这项研究中，提出了一种非均相原位聚合方法来制备梯度结构的聚(1,3-二氧杂环戊烷)（PDOL）固体电解质。通过将三氟甲磺酸铝（Al(OTf)₃）引发剂预先负载在多孔骨架上，可以控制聚合速率，从而形成凝胶-固体-凝胶的刚性-柔性复合结构。这种非均相设计显著降低了对引发剂用量/活性的敏感性，使得制备过程更加可控且易于操作。同时，该梯度结构不仅保持了固体电解质所具有的高离子导电性，还具备凝胶电解质典型的良好界面软连接性能。所制备的NPDOL-3 + 1电解质具有5.5 V的电化学稳定窗口、3.29 × 10^–4 S·cm^–1的离子导电率、0.71的高锂离子迁移数以及175 MPa的拉伸强度。Li/NPDOL/Li电池在0.3 mA cm^–2的电流下可循环使用长达1000小时而不会出现显著变化，表明NPDOL-3 + 1电解质与锂电极具有良好的界面稳定性。这些特性使得该电解质能够应用于LiFePO₄和NCM622高压电池中，同时保持稳定的循环性能和优异的倍率性能。这种非均相聚合方法为固体聚合物电解质和固态电池的开发提供了一种环保且实用的技术途径。