锂皂石/离子液体协同增强PEO基固态电解质性能的研究

【作者】 蒋迪； 王晓飞； 韩章阔； 周树森； 郑佳涵； 刘昊； 廖立兵；

【机构】 中国地质大学材料科学与工程学院； 中国地质大学数理学院；

【摘要】 锂皂石(Na_0.3Mg₂₇Li_0.3Si₄O₁₀（OH）₂)是一种层状镁锂硅酸盐矿物,其层间具有Na⁺、Li⁺等可交换性阳离子,分散性能好,且具有出色的表面反应特性,是固态电解质的优良填料^[1-3]。本文主要将锂皂石作为填料引入PEO/离子液体电解质体系中,通过改变添加比例、预锂化等实现了出色的离子电导率和电化学稳定性。离子液体与锂皂石之间的协同作用促使非晶态区域的形成,有利于锂离子的传输。当锂皂石添加量为10wt%时,室温离子电导率达到最大值(2.80×10^-4S·cm^-1),经过预锂化处理后仍然保持这一变化趋势,且在10wt%比例下离子电导率进一步提升,室温下可达3.29×10^-4S·cm^-1。同时,锂化锂皂石能够有效提升固态电解质的对锂稳定性,在0.2 mA·cm^-2条件下可稳定循环超过600 h,相比于锂皂石电解质（350 h）和不添加填料电解质（250 h）得到了大幅改善。组装NCM811/Li固态电池,进一步探究锂化锂皂石在固态电解质中的应用。结果表明,在0.1 C条件下可获得185.2 mAh·g^-1的高放电比容量,且在IC条件下仍可保持127.8 mAh·g^-1。经过120次充放电循环后（0.3 C）仍可保持107 mAh·g^-1,容量保持率接近70%。总之,将锂皂石作为填料有望能够获得性能优异、价格低廉的固态电解质,本工作为黏土矿物在固态电池中的有效利用提供了研究基础。更多还原