固態(tài)聚合物電解質(zhì)由于其高安全性、柔性、易加工性等特點(diǎn)在鋰金屬電池（LMBs）的研究中備受青睞。在眾多固態(tài)聚合物電解質(zhì)中，凝膠聚合物電解質(zhì)（GPEs）兼具傳統(tǒng)電解液和全固態(tài)聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，具有離子電導(dǎo)率高、電極/電解質(zhì)界面靈活、無(wú)液體泄漏風(fēng)險(xiǎn)等特點(diǎn)，被認(rèn)為是穩(wěn)定LMBs極具潛力的電解質(zhì)。 然而，電池循環(huán)過(guò)程中無(wú)法控制的鋰枝晶生長(zhǎng)和無(wú)限體積波動(dòng)會(huì)弱化電極/電解質(zhì)界面離子傳輸，加速電池失效，這就要求GPEs的聚合物骨架具有高度堅(jiān)固的機(jī)械完整性。 近日，西安交通大學(xué)的丁書江教授和高國(guó)新副教授團(tuán)隊(duì)受“滑環(huán)”交聯(lián)結(jié)構(gòu)高韌性的啟發(fā)，從聚合物微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度制備了一種具有分子滑輪結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)交聯(lián)彈性體（SCE）骨架，借助滑動(dòng)交聯(lián)結(jié)構(gòu)釋放應(yīng)力，從而賦予SCE骨架157.22 MJ m-3的高韌性。進(jìn)一步將電解液鎖定在SCE聚合物網(wǎng)絡(luò)中構(gòu)建出滑動(dòng)交聯(lián)凝膠聚合物電解質(zhì)（SCGPE），顯著提高了LMBs的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能。
在精心設(shè)計(jì)的SCGPEs中，聚輪烷（PRs）分子的環(huán)糊精（α-CDs）空腔提供了快速的Li+離子傳輸通道。由于尺寸效應(yīng)，Li+（直徑為0.76 ?）會(huì)沿著α-CDs（空腔尺寸為 4.7-5.3 ?）的空腔遷移，而TFSI-陰離子（直徑為7.9 ?）則會(huì)被阻隔在外。同時(shí)，聚合物骨架中大量的電負(fù)性基團(tuán)抑制了TFSI-陰離子遷移，促進(jìn)了鋰鹽的解離。這兩種效應(yīng)共同提高了鋰離子的傳輸效率，并誘導(dǎo)鋰離子均勻沉積，在30 °C時(shí)實(shí)現(xiàn)了1.73×10-3 S cm-1 的高離子電導(dǎo)率和0.71的高鋰離子遷移數(shù)。 最終，所設(shè)計(jì)的SCGPE賦予Li|SCGPE-3|LiFePO4（LFP）電池良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、高的放電比容量、出色的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性和高倍率性能。在1C電流密度下循環(huán)1000次后容量保持率為89.6%。即使在16 C的高倍率下循環(huán)，電池仍能提供79.2 mAh g-1的放電比容量，而且Li|SCGPE|LFP軟包電池依然表現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性、出色的柔韌性，以及對(duì)濫用條件的高耐受性。該工作為凝膠聚合物電解質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了新思路。 論文信息 Highly Tough Slide-Crosslinked Gel Polymer Electrolyte for Stable Lithium Metal Batteries Xuetian Deng, Jing Chen, Xin Jia, Xinyu Da, Yuanjun Zhao, Yiyang Gao, Yang Gao, Xiangpeng Kong, Shujiang Ding, Guoxin Gao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202410818
