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我院周炳华老师在《Advanced Functional Materials》上发表研究论文
发布时间: 2023-01-26 浏览次数: 148

1. (a) poly(B-GMA)的合成路线;(b) DB-SHPEs电解质的制备示意图;(c) DB-SHPEs的自愈合机理图;(d) DB-SHPEs中硼酸酯与锂盐的相互作用示意图。

近日,院周炳华老师在聚合物电解质方面取得重要研究进展,该工作以题为“Self-Healing and Recyclable Polymer Electrolyte Enabled with Boronic Ester Transesterification for Stabilizing Ion Deposition”发表在国际顶级期刊Advanced Functional Materials。江西师范大学先进材料研究院为论文第一完成单位;周炳华老师论文的第一作者和通讯作者王志朋研究员和华中科技大学薛志刚教授为论文的共同通讯作者。此外,感谢杨振教授、王明玺教授对本工作的支持和帮助。该研究工作得到了国家自然科学基金5210326152063016等项目资助。

聚合物电解质存在因韧性不足发生脆裂的问题,其在电池组装和循环过程中发生破裂后将严重影响锂电池的电化学性能和使用寿命,甚至引发安全问题。构建四重氢键网络是制备了自愈合聚合物电解质材料的有效方法然而,氢键是一类分子间作用力较弱的非共价键,其较低的键能导致自愈合聚合物电解质的力学性能偏低,难以抑制锂枝晶的形成,从而降低了聚合物电解质的循环稳定性此外,锂沉积过程中锂离子在自愈合聚合物电解质内部和锂金属表面分布不均导致电解质与锂金属界面稳定性下降仍然是一个富有挑战性的问题。

针对自愈合聚合物电解质存在的这些问题该团队设计合成含硼酸酯键巯基交联剂和侧链含有硼酸酯七元环的离子导体B-PEGMA;通过可逆加成-断裂链转移聚合方法合成了以B-PEGMA和甲基丙烯酸缩水甘油酯GMA为单体的共聚物poly(B-GMA)(图1a;最后采用热引发巯基-环氧基开环反应高效制备基于动态硼酸酯键自愈合聚合物电解质1b结构中动态硼酸酯键交联网络可通过交换反应实现聚合物网络重排赋予电解质材料自愈合性能,在材料受到外力或自身应力出现裂纹时能进行高效修复,延长锂金属电池的使用寿命(图1c化学交联网络的构建还可显著增强材料的力学性能,提升聚合物电解质的安全性借助硼酸酯键中硼原子与阴离子的相互作用,促使锂离子均匀分布于电解质内部和锂金属表面,诱导形成稳定的固态电解质界面从而有效提高了电解质材料与锂金属的界面稳定性(图1d

该研究工作设计新型自愈合聚合物电解质材料提供新的研究思路和理论依据,对发展高性能锂金属电池技术具有重要科学意义。

原文链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202212005