苏州纳米所陈琪等在Nat. Commun.报道长循环高电压聚合物基固态锂金属电池

锂金属由于具有高理论容量（~3860 mAh g^-1）和低氧化还原电位（相对于标准氢电极为-3.04 V），使其成为最具前景的锂电池电极材料之一。然而，锂枝晶的生长将会顶穿隔膜，引起电池短路热失控，甚至引燃电解液等，导致严重的安全隐患。使用具有高机械强度的固态电解质代替电解液，可以有效阻止锂枝晶生长，从而提高锂金属电池（LMBs）安全性。相比无机电解质较高的界面接触阻抗，聚合物电解质（SPEs）能与电极形成紧密的物理接触，从而被广泛关注。然而，用于导锂的含氧极性官能团容易被氧化，成为限制电化学稳定性的瓶颈之一。虽然通过开环聚合消除弱键、引入含氟官能团等策略能拓宽电化学窗口(ESW)，但宽ESW难以直接转化为长循环LMBs的高截止电压。一方面，测试ESW的线性扫描伏安法使用的阻塞电极通常是平坦的不锈钢，与具有高表面积碳导电剂的实际电极相比，显示出较低的反应活性，容易高估ESW；另一方面，具有过渡金属的正极材料较强的催化活性，易加剧了氧化。到目前为止，适用于截止电压为4.5V或更高的长循环LMBs的聚合物电解质还有待证明。

近日，中科院苏州纳米所陈立桅团队陈琪研究员等应用多氟化交联剂来增强聚合物电解质的抗氧化性。交联网络有助于传递多氟化链段的吸电子效应，并且具有普适性。进一步通过组分优化之后，基于多氟交联剂的聚合物电解质，同时表现出宽ESW，高电导率和高机械强度。组装的Li||NCM523全电池在0.5C 和4.5 V 的截止电压，获得了~164.19 mAh g^-1的高放电比容量，并且在200 次循环后容量保持率90%，是当前领域报道的最佳循环稳定性之一。本研究以Polyfluorinated crosslinker-based solid polymer electrolytes for long-cycling 4.5 V lithium metal batteries为题发表在Nature Communications。论文第一作者为中科院苏州纳米所博士生唐凌飞、陈博文和新加坡南洋理工大学张中汉博士，通讯作者为陈琪研究员和陈立桅研究员。论文工作同时得到了新加坡南洋理工大学李述周教授，上海交通大学陈俊超博士，黄雅格博士以及中科院苏州纳米所马昌期研究员和锂电工程中心同事同学们的大力支持。

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础研究青年科学家团队、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项等项目的资助，以及中科院苏州纳米所纳米真空互联实验站（Nano-X）的技术支持。

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图 1. SPE的制备

图2. SPE的ESW。 Li|PVEC/P(IL-OFHDODA-VEC)|C的LSV曲线。b PIL、POFHDODA、PVEC、P(IL-OFHDODA)、P(IL-VEC)和P(OFHDODA-VEC) 的ESW

图3 Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的电化学性能。a Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池在0.5 C 下的循环性能。b Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的第1-200 次充放电曲线。c Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523全电池的倍率性能。d – f充满电的Li|P(IL-OFHDODA-VEC)|NCM523软包电池在折叠前( d ) 和折叠后( e ) 或切割后( f )点亮LED 灯的照片