无定形硅烷封端聚醚3D结构聚合物电解质提高锂金属电池性能

【章节】因为金属锂的高理论比容量，可充电的Li金属电池（LMBs）为低能量密度、长寿命电子器件的能量市场需求获取了有可能。然而，用于液体电解液，有许多弊端妨碍了LMBs的更进一步发展，特别是在是Li枝晶生长引发的安全性问题。为了提升LMBs的安全性和循环稳定性，使用聚合物电解质（PE）和无机液体电解质（ISE）可以有效地防止液体电解质的泄漏和自燃等问题。比起于ISE对水和氧高敏感性以及与电极的刚性界面认识，PE的不同之处在于有较好的柔性以及对电极有较强的黏附性，因此它被视作构建高性能LMBs的理想自由选择。

凝水解乙烯（PEO）是研究较早于且普遍的聚合物电解质，具备诸多优点。但是，PEO-PE的锂离子电导率较低和电化学平稳窗口较宽等问题大大容许了其应用于前景。最近报导的聚硅氧烷（PSI）-PE具备低离子电导率，较低玻璃化转变温度以及-Si-O-引发的非晶结构，为Li+获取了充裕的蔓延地下通道。

然而多数PSI-PE在室温下是液态/凝胶状，这有利于固态电池器件的装配。不受PEO-PE和PSI-PE的灵感，研究人员通过硅烷封端聚醚（MSTP）单体单体，引进四乙二醇二甲醚（TEGDME），制取了一种具备交联网状结构的无定形硅烷封端聚醚聚合物电解质（MSTP-PE），提升了离子电导率并提高了电极的界面兼容性。【成果概述】近日，北京工业大学材料科学与工程学院尉海军教授（通讯作者）研究小组通过一种交联的方法制取出有改性的硅烷封端聚醚恩聚合物电解质。因其具备3D网络结构，在室温下该无定形聚合物电解质有低离子电导率（0.36mS/cm）、低热稳定性（Tm=379℃）、低离子移往数（0.65）、约5V的电化学窗口以及和电极较好的兼容性。

该研究成果以“Amorphousmodifiedsilyl-terminated3Dpolymerelectrolyteforhigh-performancelithiummetalbattery”为题公开发表在NanoEnergy上。【图文简介】图1.MSTP-PE的制备（a）MSTP-PE单体前后的照片，示意图是MSTP-PE的交联网络结构；（b）MSTP单体的分子结构和MSTP-PE的单体过程。

图2.MSTP-PE的密切相关（a）MSTP-PE表面和横截面的扫描电镜图；（b）柔性MSTP-PE的照片；（c）PEO-PE和MSTP-PE的XRD较为；（d）MSTP-PE的TG和DSC曲线。

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