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基于聚合物電解質的固態鋰金屬電池在面對傳統鋰離子電池遇到的能量密度和安全問題時最有前景。使用兩種不同的聚合物，一種用于正極，另一種用作電解質，帶來了足夠的能隙和化學穩定性，從而允許與正極和鋰金屬負極相容，可實現對高性能電池。

西班牙可替代能源合作研究中心（CIC energiGUNE）Pedro López-Aranguren等揭示了兩種不同的雙離子導電聚合物電解質之間發生的鋰鹽互擴散現象，該電解質由雙（三氟甲磺酰基）亞胺鋰]（LiTFSI）、聚（環氧乙烷）（PEO）和聚（碳酸丙烯酯）（PPC）組成。

圖1 該工作中研究的兩種配置的方案

其中，PPC由于其在氧化電位下的電化學穩定性而被用作正極電解質；而PEO作為固態電解質，提供高離子導電性和抗鋰穩定性。

研究顯示，由于LiTFSI容易遷移到更具溶解性的PEO中，將這些聚合物組合在同一裝置中時會發生陰離子相互擴散現象，從而導致電池在幾個循環內失效。而采用鋰聚[（4-苯乙烯磺酰基）（三氟甲磺酰基）酰亞胺]（LiPSTFSI）代替 LiTFSI后，由于其陰離子被固定在聚合物主鏈上，可以避免聚合物相之間的鹽遷移。

圖2 聚合物相間Li⁺遷移的研究

因此，采用LiTFSI的LiFePO₄基固態鋰金屬電池在初始幾個循環內失效，而使用LiPSTFSI的電池顯示出優異的循環性能，在C/10下循環120次后容量保持率超過80%，庫侖效率約為100%。

該工作為合理設計包括雙層聚合物電解質（DLPEs）在內的固態鋰金屬電池鋪平了道路，突出了聚合物和導電鹽選擇的相關性。

圖3 DLPEs的長期電化學性能

Enabling double-layer polymer electrolyte batteries: overcoming the Li-salt interdiffusion. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.052

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EnSM：克服鋰鹽相互擴散使雙層聚合物電解質電池成為可能

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