环三磷腈基氮化增强固态电解质界面的设计与性能研究.docxVIP

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摘要

金属锂作为一种理想的锂电池负极材料，因其具有高理论比容量和低负极电位等优点，而受到人们广泛关注。然而，锂金属与液体电解质之间会发生不良副反应，锂离子在负极上沉积不均匀，导致锂枝晶生长，降低了锂金属电池的安全性能。因此本文研究了一种复合固态电解质，能够原位优化固态电解质界面（SEI），构建稳定的氟化和氮化界面，从而达到稳定锂金属沉积的效果。

本文通过1,3-二氧戊环（DOL）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）和聚环三磷腈-三聚氰胺（PZM）的聚合，构建了一种富氟和富氮的复合固体电解质（CSE）。FEC和PZM含有丰富的氟化链和氮化链，可在循环过程中形成LiF、Li3N等组分，原位构建稳定的SEI。这种策略可以实现LiF和Li3N基SEI保护层的优势互补，显著增强界面稳定性，抑制锂金属阳极与电解质发生有害副反应。因此，CSE表现出高离子电导率和宽电化学窗口，使得Li|Li对称电池具有优异的循环稳定性，且LiFePO4|Li电池表现出良好的长期循环稳定性。这项工作为通过分子设计在锂金属表面上原位构建稳定的SEI，以实现具有长期循环稳定性的锂金属电池提供了新的途径。

关键词：锂金属电池；锂枝晶；复合固体电解质；氟氮协同；PDOL

Abstract

Lithiummetalisanidealanodematerialforlithium-ionbatteriesandhasattractedextensiveattentionduetoitshightheoreticalspecificcapacityandlowanodepotential.However,adversereactionsoccurbetweenlithiummetalandliquidelectrolytes,resultinginunevendepositionoflithiumionsontheanode,whichleadstodendriticgrowthandreducesthesafetyperformanceoflithiummetalbatteries.Therefore,thisdissertationfocusonfabricatingacompositesolidelectrolyte,whichcanoptimizethesolidelectrolyteinterface(SEI)andinsituconstructastablefluorinationandnitrogenationinterfaceontheLimetalanodetoachievestablelithiummetaldeposition.

Thisdissertationconstructsafluorine-richandnitrogen-richcompositesolidelectrolyte(CSE)containing1,3-dioxolane(DOL),fluoroethylenecarbonate(FEC),andpolyphosphazene-tripolymerizedmelamine(PZM).FECandPZMcontainabundantfluorinatedandnitrogenatedchains,whichcanformcomponentssuchasLiFandLi3Nduringthecyclingprocess,insituconstructingastableSEI.ThisstrategycancomplementtheadvantagesofLiFandLi3N-basedSEIprotectivelayers,significantlyenhanceinterfacestability,andsuppressharmfulreactionsbetweenlithiummetalanodesandelectrolytes.Consequently,CSEexhibitshighionicconductivityandawideelectrochemicalwindow,theLi|Lisymmetriccellshowsexcellentcyclingstability.Furthermore