北科大《AFM》：一种用于固态锂金属电池的高压电解质！

固体聚合物电解质（SPE）由于其重量轻、机械性能好、加工性能好，更容易用于高安全性和高能量密度的固态锂金属电池（SLMB）。迄今为止，SPE的制备方法主要是将锂盐溶解到聚合物基体中（称为“聚合物中的盐”）它们的离子电导率已经提高到10⁻⁴S cm⁻¹以上,近年来通过大分子设计Li⁺与极性基团通过共混、交联、共聚、接枝等方式形成配位。自1993年“聚合盐型”固体电解质被提出以来，对锂盐的苛刻要求限制了该电解质的设计。

来自北京科技大学等单位的研究人员，以聚(甲基乙烯基醚-α-马来酸酐)(PME)和新型单离子锂化聚乙烯醇缩甲醛(LiPVFM)/双(三氟甲基磺酰亚胺)锂(LiTFSI)复合盐(Dual-Li)为基础，通过超分子策略开发了一种新型的盐中聚合物固体电解质。双Li中LiPVFM的羟基与PME中顺丁烯二酸酐部分开环反应生成的羧酸基形成了较强的氢键。同时，富含羰基的PME能够改善聚合物/盐复合材料中LiTFSI的配位性能。

因此，PME和双Li的互溶性大大提高对于构建一种高离子电导率(3.57×10^-4S cm^-1)、宽电化学窗口(5V以上)、25°C时锂离子迁移数为0.62以及与电极具有良好界面相容性的“盐中聚合物”固体电解质(PEISE)具有重要意义。组装后的LiCoO₂||Li固体电池具有优异的高压循环性能，225次循环容量保持率达89.2%。此外，LiNi_0.7Mn_0.2Co_0.1O₂||Li软包电池即使在恶劣的条件下也表现出显著的安全性。本文的研究为解决固态电池中使用PISE的高压兼容性和界面问题提供了一种很有前途的策略。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202103049

图1.a)双Li、PME和PISE在1.0到5.5ppm之间的¹H NMR。B)双Li、PME与去离子水的¹H NMR，PISE在11.5-13.0ppm之间。

图2.a)20°C到80°C之间的PISE和Dual-Li样品的Arrhenius曲线图。b)PISE和Dual-Li的LSV曲线图。

图3.a)Li||PISE||Li和Li|双Li||Li对称电池在0.2 mA cm⁻²和30°C时的电压分布。

图4.超厚阴极阴极的扫描电镜图像a)俯视图，b)底视图，c，d)不同放大倍率下的横断面图。

图5.a）不同速率下的充放电电压波形和b）电池的速率容量DCP@LCO||PISE | |锂电池。

图6.a)PISE电池的典型充放电电压范围；b)电池在2.8-4.3V和0.5C下的循环性能。

综上所述，本文基于超分子相互作用和配位电子等原理，将PME整合到双锂盐中，得到了一种PISE。精心设计的PISE具有3.57×10^-4S cm^-1的离子电导率，0.62的高离子迁移数，25°C下超过5.0V的宽电化学窗口。此外，PISE中的羧基与DCP基阴极和锂阳极具有很强的粘附性，这提高了电解质/电极的兼容性。在实际应用中，基于POISE的LiCoO₂||Li固体电池在超高负极负载的高压下既具有优异的倍率性能，又具有优异的循环性能。更重要的是，基于PESE的LiNi_0.7Mn_0.2Co_0.1O₂||Li固态软包锂电池即使在极端恶劣的条件下也具有令人印象深刻的安全性和灵活性。（文：SSC）