【文章資訊】
通過限制羥基從而提高聚乙二醇基聚合物電解質的氧化電位及聚合物電解質電化學視窗的改進測量方法
第一作者：方振翰
通訊作者：王佳平*
組織：清華大學，計算物理和應用數學研究所
【研究背景】
隨著資訊終端從大型機逐漸向可穿戴電子產品發展，電子器件面臨著小型化、柔性化的挑戰。與其他成熟的儲能器件相比，鋰離子電池（LIBs）具有更高的工作電壓和能量密度，受到研究者的青睞，被認為是理想的柔性儲能器件。
囙此柔性LIBs在傳統LIBs的基礎上應運而生，以滿足人們對高能量密度和高靈活性的更高要求。柔性聚合物電池是構築柔性LIB的關鍵資料。然而聚合物電解質例如聚乙二醇基資料（PEG/PEO）的低離子電導率和差的氧化穩定性成為限制其應用的主要挑戰。
【文章簡介】
基於此，來自清華大學物理系的王佳平教授團隊，在國際知名期刊Advanced Science上發表題為“Boosting the Oxidative Potential of Polyethylene Glycol-Based Polymer Electrolyte to 4.36 V by Spatially Restricting Hydroxyl Groups for High-Voltage Flexible Lithium-Ion Battery Applications”的研究文章。
該文章成功製備了一種具有交聯結構的柔性PEG基聚合物骨架。並以該骨架溶脹電解液後獲得了離子電導率和鋰離子遷移數與液態電解液相當的凝膠電解質。
此外，通過將PEG基資料中氧化不穩定來源的羥基在空間中限制在聚合物骨架上，降低了其運動的自由度，從而降低反應活性，提升氧化穩定性。
另外，針對聚合物電解質在常規線性掃描伏安法（LSV）測試中無法測試氧化峰的情况，提出了更適用一種准靜態LSV（QS-LSV）的測試方法。研究所提出的用於高壓電池的聚合物電解質結構設計原則和電化學視窗的測量方法，對柔性鋰離子電池聚合物電解質的選擇和設計具有重要的指導意義。
圖1.通過限制羥基從而提高聚乙二醇基聚合物電解質的氧化電位及聚合物電解質電化學視窗的改進測量方法
【本文要點】
要點一：通過空間限制羥基實現氧化穩定性提升的交聯型PEG基柔性聚合物
PEG基聚合物（如聚環氧乙烷，PEO）在4V vs. Li+/Li以上時極易失去電子被氧化，最近的研究表明PEG氧化穩定性差的主要原因是鏈端的-OH基團。
本文提出一種策略，通過限制PEG基資料中的羥基的運動，來降低其反應活性，從而達到提升氧化穩定性的目的。
要點二：適用於高電壓LCO||Li電池的凝膠電解質
通過在液體電解質中溶脹c-PEGR聚合物骨架，研究人員得到了與液體電解質相當的離子電導率和鋰離子遷移數的凝膠電解質。並且由於空間限制的羥基，大大降低了其反應活性。在陰極和陽極介面均表現出更穩定的效能。
結果顯示，採用c-PEGR凝膠電解質的LCO||Li電池在高達4.35 V的截止電壓下表現出令人印象深刻的迴圈效能。
要點三：一種適用於電子不良導體電化學視窗測試的准靜態線性伏安掃描法
聚合物電解質的電化學視窗測試在本文和許多文獻報導中都發現，有可能出現無法測得氧化峰的情况。本文中提出一種解釋，由於聚合物電解質是電子絕緣體，囙此當聚合物發生氧化反應時，失去的電子難以傳遞至陰極而被外電路所檢測。
囙此提出了一種QS-LSV的測試方法，關鍵在於在每個電壓階段保持一段時間，使得電子轉移動力學有充足的時間發生。該方法在本文中證實是一種更適用於聚合物電解質的更準確的電化學視窗測試方法。
要點四：推廣
研究所提出的用於高壓電池的聚合物電解質結構設計原則和電化學視窗的測量方法，對柔性鋰離子電池聚合物電解質的選擇和設計具有重要的指導意義
【文章連結】
Zhenhan Fang，Yufeng Luo，Haitao Liu，Zixin Hong，Hengcai Wu，Fei Zhao，Peng Liu，Qunqing Li，Shoushan Fan，Wenhui Duan，and Jiaping Wang*.Boosting the Oxidative Potential of Polyethylene Glycol-Based Polymer Electrolyte to 4.36 V by Spatially Restricting Hydroxyl Groups for High-Voltage Flexible Lithium-Ion Battery Applications，Adv. Sci.20212100736
https://doi.org/10.1002/advs.202100736
原文刊載於【科學資料站】公眾號
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