近日，深圳大學化學與環境工程學院田雷/朱才鎮/徐堅團隊，在《Advanced Materials》（影响因子29.4，中科院JCR 1区，Top期刊）上发表了题为《Hybrid Crosslinked Solid Polymer Electrolyte via In-Situ Solidification Enables High-Performance Solid-State Lithium Metal Batteries 》的研究论文。碩士生母可心爲本文的第一作者，田雷助理教授和朱才鎮教授爲本文通訊作者，通訊單位爲深圳大學化學與環境工程學院。

固體聚合物電解質（SPE）因其優異的加工性能和界面相容性，已成爲固態電池産業化的重要發展方向和理論研究熱點，但仍存在諸多缺陷，嚴重阻礙了其進一步的實際應用，如室溫下離子電導率低（約10^-7 S cm^-1）、與電極材料界面接觸不良（界面阻抗增大）、穩定性差（熱穩定性和界面穩定性）、機械強度低（難以抑制锂枝晶造成短路）等。鑒于上述限制固態聚合物電解質大規模應用的問題，固態電池“原位固化“制備策略應運而生。即在熱學、光學或電學條件下，在電池內部對液態前驅體進行原位固化，實現超共形界面兼容，極大地解決了固/固界面接觸問題。通過分子設計構建的有機/無機雜化交聯PDOL，將聚合物材料的良好加工性、界面接觸性和電極兼容性等優點與無機材料的優異離子傳輸性、熱穩定性、阻燃性等優點相結合，可有效解決上述問題。

本工作提出了一種有機/無機雜化交聯聚合物電解質(HCPE)的策略，該策略以1，3-二氧戊環（DOL）爲單體、縮水甘油醚氧丙基籠狀聚倍半矽氧烷(PS)作爲交聯劑和雜化中心在電池內部原位固化，形成的雜化交聯網絡有利于電化學穩定性和Li⁺傳輸動力學，由此制備的HCPE在30℃時具有優異的離子電導率2.22×10^-3 S cm^?1，較高的Li⁺轉移數(t_Li+)为0.88，电化学稳定窗口宽为5.2 V。这些突出性能使得组装的锂对称电池能够在1mA cm^-2电流密度下实现高度稳定的锂沉积/剥离超过1000小时。此外，组装的LFP| HCPE |Li电池在2C下具有123.3 mAh g^-1的高可逆放電比容量，並且在600次循環後具有92.1%的優異容量保持率。由此提出的HCPE克服了聚醚電解質易分解和安全性差的挑戰，使“原位固化”進一步走向實際應用。

該研究成果得到國家自然科學基金、廣東省重點領域研發計劃、廣東省自然科學基金、廣東省創新創業團隊引進計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金項目、深圳市科技計劃和中石油創新基金等項目資金資助。

文獻詳情

Kexin Mu, Dai Wang, Weiliang Dong, Qiang Liu, Zhennuo Song, Weijian Xu, Pingping Yao, Yin’an Chen, Bo Yang, Cuihua Li, Lei Tian,* Caizhen Zhu,* Jian Xu, Hybrid Crosslinked Solid Polymer Electrolyte via In-Situ Solidification Enables High-Performance Solid-State Lithium Metal Batteries Adv. Mater. 2023, 202304686.

https://doi.org/10.1002/adma.202304686