浙工大陶新永/刘铁峰AFM：碘掺杂PEO电解质实现无枝晶锂金属电池

固态聚合物电解质(SPEs)与高还原性锂金属负极接触会形成在很大程度上决定电池性能的界面相。

浙江工业大学陶新永、刘铁峰等提出了在聚（环氧乙烷）（PEO）电解质中掺杂痕量碘，以在锂金属表面上获得稳定的界面相，从而实现长寿命电池循环。

图1 无/有I₂添加剂的PEO电解质和锂金属之间的界面示意图

在SPE合成过程中，碘实现I₂向I₃⁻的转化，并进一步与PEO中的-C-O-C-键配位，使复合电解质的离子电导率提高了一个数量级。

此外，电解质中碘物质的均匀分布导致锂金属负极表面原位形成I掺杂的钝化层（LiI和LiIO₃）。嵌入无定形聚合物锂盐中的碘化物和Li₂O共同构成了有机-无机镶嵌SEI膜，这减轻了电解质与锂金属之间的副反应，并抑制了锂枝晶的生长。此外，形成的I₃⁻可以与死锂和Li₂O反应以调节锂金属表面。

图2 Li/Li对称电池性能

因此，与原始PEO-LiTFSI电解质相比，PEO-LiTFSI-I₂电解质成功地实现了实际可行的LiFePO₄(LFP)/Li电池，该电池在0.5 C 和 50°C下300次循环后表现出更高的容量（150 mAh g^-1）和出色的循环稳定性（容量保持率为96.5%）。

基于卤素相关原位反应的界面相设计和电解质改性为全固态锂金属电池体系的优化提供了一种简便有效的策略，并可扩展卤素和卤化物在其他聚合物电解质中的应用。

图3 LFP/Li电池性能

Interfacial and Ionic Modulation of Poly (Ethylene Oxide) Electrolyte Via Localized Iodization to Enable Dendrite-Free Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202111026

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