阴离子调制：设计适用于高电压固态锂金属电池的聚合物电解质

阴离子调制：设计适用于高电压固态锂金属电池的聚合物电解质

近日，中国科学院苏州纳米所沈炎宾研究员团队提出一种阴离子调制聚合物电解质（后称为AMPE）设计概念，研制了同时兼顾高电压正极和锂负极界面稳定性，且室温电导率高的聚合物电解质，在高电压固态锂金属电池中获得了良好的循环稳定性。

聚合物电解质在固态电池领域具有重要应用前景，但其室温电导率较低、电化学窗口较窄的问题限制了其在高比能固态锂金属电池中的应用。针对这一挑战，研究团队基于前期在单离子聚合物电解质、界面传输机制、固态电极传输网络构建等方面的研究基础，提出了一种创新的聚合物电解质设计方法。

研究团队采用耐高电压且具有高电荷密度的离子液体单体作为聚合物骨架，以确保聚合物链在正极侧的高电压耐受性和足够的载流子。为了解决聚离子液体电解质电荷密度集中且锂盐解离能力弱的问题，该工作引入阴离子受体，利用其缺电子基团与离子液体单体上的阴离子相互作用，促进电解质中阴离子的均匀化分布，并提高电解质的锂离子迁移数，同时帮助解离锂盐阴阳离子对，促进自由锂离子的生成。

更重要的是，理论计算和实验研究发现，阴离子受体中缺电子基团与锂盐阴离子TFSI−之间的强相互作用降低了锂盐阴离子的LUMO，使其更容易在锂金属负极上被还原分解形成稳定的电解质界面层，提高锂金属负极的循环稳定性。

通过以上设计，获得的AMPE具有以下优异性能：

• 高离子电导率：3.80×10−4 S cm−1
• 较高锂离子迁移数：0.41
• 宽电化学稳定窗口：5.55 V
• 能有效抑制锂枝晶生长

在实际应用中，固态Li|AMPE|LiCoO2电池在4.40 V/0.20 C条件下实现了700次的长循环寿命，展现出良好的电化学性能和安全性。

该研究成果以"Anion Modulation: Enabling Highly Conductive Stable Polymer Electrolytes for Solid-State Li-Metal Batteries"为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，论文第一作者为中国科学院苏州纳米所赵礼仪博士，通讯作者为沈炎宾研究员。

这项研究不仅为高电压固态锂金属电池提供了高性能的聚合物电解质解决方案，也为该领域的进一步研究提供了新的思路和方向。