电导率2ms是什么意思？ 甲基丙烯酸甲酯电导率

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一、电导率2ms是什么意思？

一、电导率2ms是什么意思？

研究背景

随着锂离子电池在便携式电子设备和电动汽车中的广泛使用，它们在能量密度和安全性方面面临着越来越严峻的挑战。采用固体电解质的全固态锂电池可以很好地解决上述问题。固体聚合物电解质(SPE)被认为是全固体锂电池的理想选择，因为它具有相对宽的电化学窗口、灵活性和易加工性。

然而，固体聚合物电解质在离子电导率、厚度、强度以及对锂阳极的不稳定性等方面的缺点严重阻碍了其实际应用。

一般来说，超薄SPE阻抗更低，离子迁移路径更短，离子迁移能力更有效，但其机械性能难以保证。通过引入固体基质膜可以显著提高电化学和机械性能，但是电解质和电极之间的界面相容性仍需要进一步改善以获得更好的SPE。成就简介

近日，中科院宁波材料技术与工程研究所姚夏银在《新材料》发表了题为《柔性全固态锂金属电池用10 m厚、界面相容性优异的高强度固体聚合物电解质》的论文。本文提出了一种以改性聚乙烯(PE)隔膜为主体，以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯和锂盐为填料的超薄固体聚合物电解质(SPE)。

紧密附着在PE两侧的多孔聚甲基丙烯酸甲酯-聚苯乙烯界面层有效地改善了电解质和电极之间的界面相容性。所得厚度为10微米的SPE具有34.84 mS的超高离子电导率和103.0 MPa的室温机械性能，伸长率为142.3%。采用新型固体电解质的Li//Li对称电池可在60稳定循环1500 h以上，LiFePO4//Li柔性电池可在1稳定循环1000次以上，容量保持率为76.4%。

LiCoO2//Li柔性电池也可以在0.1 C和0.2C下稳定运行.此外，柔性LiFePO4//Li电池在卷曲折叠后仍能稳定工作，证明了其出色的柔性和安全性。

研究亮点：(1)提出了一种超薄、高强度、界面相容性优异的SPE，其中多孔PMMA-PS界面层紧密附着在PE膜两侧，提高电解质与电极的界面相容性；(2)作为电解质的PMMA离子电导率高，电化学稳定窗口宽，与电极材料相容性好，PS的加入能有效提高机械强度；(3)所获得的SPE仅10微米厚并且具有高的机械强度。图形阅读指南

1.制备工艺和形貌

首先选取7微米厚的PE膜片为主体，通过相转化法将多孔聚合物界面层PMMA-PS牢固地附着在超薄PE膜的两面，得到m-PE。PMMA-PS聚合物层的多孔结构是均匀的，厚度约为1微米。所有的孔隙都是垂直的，分布在整个多孔界面层中。PMMA-PS层的孔隙率为65.82%，高于纯PE膜，不会影响锂离子迁移。

透明且可流动的PEGMEA)/LiTFSI溶液在70固化12小时后可转变成固体电解质(PL).因此，用PEGMEA/LiTFSI溶液浇注的PE和m-PE膜可以热固化，分别形成超薄SPE PPL和m-PPL。

C=C双键的特征峰在16001650cm-1处消失，表明膜在PL、PPL和m-PPL电解质中已完全固化。此外，由于PMMA-PS界面层的存在，m-PPL的羰基峰比PPL强，导致m-PPL的锂离子迁移数更高。图1e和f显示m-PPL电解质具有致密的结构，这将促进离子传导。

图1g显示PE膜片的拉伸应力达到173.2 MPa，但应变伸长率只有43.8%。通过引入PMMA-PS界面层，m-PE膜的拉伸应力降低到126.7 MPa，而伸长率提高到116.4%。与电解质复合后，PPL的拉伸应力降低到66.5 MPa，伸长率增加不到10%。而m-PPL的拉应力可以保持在103.0 MPa，延伸率可以达到142.3%。

m-PE和m-PPL的拉伸强度略有下降，而伸长率显著增加。原因有二：(1)PE膜、PMMA-PS层和PEGMEA-LiTFSI电解质在力学性能上是互补的；(2)PMMA-PS和PEGMEA-LiTFSI具有良好的界面粘附性和弹性。总的来说，m-PPL仍然表现出较高的抗拉强度和伸长率，能够有效抵抗锂枝晶的生长，保证m-PPL电解液在全固态锂金属电池中的实际应用。

图1 (a)是m-PPL的制备过程的示意图；(b)上表面的SEM图像和(c)M-PE的横截面；(d)PEGMEA前体和不同SPE的傅里叶变换红外(FTIR)光谱；(e)上表面的SEM图像和(f)M-PPL的横截面；(g)不同薄膜和SPE的应力应变曲线。2.对称电池性能

事实上，锂盐的含量，即EO/Li (n)的值，会影响电解质的离子电导率。因为当n的值为18: 1时，PEGMEA-LiTFSI电解质的离子电导率在室温下最高，所以在以下研究中EO/Li设定为18: 1。PL电解质的离子电导率在25时为1.0510-4Scm-1，在60时为8.1910-4Scm-1.

PPL的离子电导率在25时为9.02106Scm-1，在60时为2.18105Scm-1，低于m-PPL电解质的离子电导率，在25时为1.8510-5scm-1，在60时为4.53 10-1

事实上，对于超薄电解质，离子电导率比离子电导率更能反映电解质的离子迁移能力。m-PPL的离子电导率为34.84 mS，远高于PL，其离子电导率仅为1.17 mS，随着PMMA-PS层的引入，离子迁移活化能Ea从20.44 KJmol-1下降到19.52 KJmol-1，表明m-PPL中的Li传输势垒低于PPL。因此，较高的离子电导率和较低的活化能有利于电池性能，尤其是在较高的电流密度下。

此外，通过Bruce-Vincent-Evans方程计算的PPL和m-PPL的锂离子迁移数tLi分别为0.143和0.227。m-PPL较高的tLi主要是由于PMMA中C=O基团的增加，具有较强的吸收电子和限制TFSI运动的能力。m-PPL的电化学稳定窗口高达5.2 V，高于PPL的分解电压，说明m-PPL可以有效匹配更多的电极材料。

图2 (a)不同温度下PPL和m-PPL的阿伦尼乌斯图；(b)PPL和m-PPL的线性扫描伏安曲线；(C)随着电流密度增加(60 ), Li/PPL/Li和Li/m-PPL/Li电池的恒流Li沉积/剥离曲线；具有PPL(d)和m-PPL(e)的(d，e) Li-Li对称电池在60 C和0.1mAcm-2的电流密度下具有长循环性能。3.全电池性能

随着机械强度和尺寸稳定性的提高，m-PPL抵抗锂枝晶生长的能力可以显著增强。由PPL和m-PPL组装的两个Li对称电池的过电位随着电流密度的增加而增加，m-PPL的过电位低于PPL。此外，PPL电池的过电位在0.2mAcm-2时急剧上升，而m-PPL电池可以稳定循环，直到电流密度达到0.45mAcm-2，过电位没有突变。

图2d和E显示，由于PE隔膜的机械性能不足，PPL电池的过电位在300 h时开始波动，并在350 h时短路，这表明它不能阻止锂枝晶的生长。相比之下，由于PMMA-PS界面层与电极之间良好的界面相容性，m-PPL电池可以稳定循环1500 h以上并保持极化电压稳定，表明锂的沉积/剥离具有很强的可逆性。

图3a显示LFP/PPL/Li柔性电池的放电容量在0。1、0.2、0.5和1 C，但在2 C和更高的电流密度下急剧下降。m-PPL电池有163。7、155.5、1、3、5和7C。

图3b显示，随着电流密度的增加，放电电压缓慢下降，没有严重的极化。此外，LFP/m-PPL/Li柔性电池的长循环性能远优于LFP/PPL/Li柔性电池。MPPL电池具有优异的循环性能。在1 C下循环1000次后，容量保持率为76.4%。相反，PPL电池在1000次循环后容量迅速下降。

图3(a)LFP/PPL/Li和LFP/m-PPL/Li柔性电池在不同电流密度下的倍率性能；(b)LFP/m-PPL/Li柔性电池在不同充电速率下的电压曲线；(C)LFP/PPL/Li和LFP/m-PPL/Li柔性电池在60和1下的比放电容量和库仑效率；(d)LCO//Li柔性电池在不同电流密度下的倍率性能；(e)LCO/m-PPL/Li柔性电池在60下不同循环的充放电曲线；(f)LCO//Li柔性电池在0.1和0.2 C温度和60 C温度下的循环性能。弯曲性能

图3d显示LCO/m-PPL/Li柔性电池具有140的高放电容量。0时5、129.5和112.9毫安时g-1。1、0.2和0.5c.当其恢复到0.1 C时，放电比容量可恢复到127.8 mAhg-1，表现出优异的倍率性能和容量保持率。而PPL电池在0.2 C下的容量仅为64.1 mAhg-1，此外，与PPL电池相比，m-PPL电池的容量保持率和库仑效率更稳定，放电比容量更高，这可以归功于其更宽的电化学窗口和更好的与锂的界面稳定性。

通常，对于传统的聚合物电池，当其弯曲或折叠时，活性材料容易从金属集流体上脱落。但是，由于在具有m-PPL电解质的全固态电池中原位聚合，这种脱落可以大大减少。如图4a所示，m-PPL电解质上的聚合物界面层不会因卷曲而脱落或变形。当//Li柔性电池从扁平到卷曲再折叠多次后，柔性电池的库仑效率、放电比容量和电压几乎保持不变。

从不同状态下柔性电池上LED灯的照片可以看出，LED的亮度完全不受电池状态的影响，说明/m-PPL/Li电池的柔性非常出色。即使软电池被切断，也不会短路。三次切割后，剩余的柔性电池仍能点亮LED灯，说明m-PPL柔性电池的可靠性和安全性。

图4 (a)处于卷曲状态的m-PE振动膜的横截面的SEM图像；(b)LFP/m-PPL/Li电池在正常和卷曲状态下在0.1 C下的循环性能；(c)柔性LFP/m-PPL/Li电池在不同状态下点亮串联LED的照片；(d )/m-PPL/Li软包装电池在室温下的安全性评价。总结与展望

本文提出了一种新型10微米厚、高强度的m-PPL固体电解质，它具有优良的界面相容性，用于全固体锂金属电池。多层m‐PPL电解质具有高离子电导率、优异的机械性能和对锂金属电极的稳定性。Li/m-PPL/Li对称电池的临界电流密度可达0.45mAcm-2，在60C下稳定循环1500 h以上，电流密度为0.1mAcm-2。

因此，LFP/m-PPL/Li柔性电池取得了优异的倍率性能和循环稳定性。LCO/m-PPL/Li柔性电池也具有优异的循环和倍率性能。此外，基于m‐PPL的柔性电池具有良好的灵活性和安全性。这项工作证明了这种固体聚合物电解质有望用于全固体锂电池。

文学链接原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202100353来自一个清新的电源，但作者分享他的赞美，看看吧。来个【一键三通】。

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