东北师范大学谢海明/孙立群AEM：经纬交织结构双相弹性电解质助力高能固态锂电池！

开发以LiNixCoyMnzO2（NCM）为阴极的固态锂金属电池，可满足储能系统的高能量密度要求。然而，在锂金属电极上沉积和剥离锂离子的过程会导致显著的体积变化，最终降低电池性能。

近日，东北师范大学谢海明教授、孙立群高级实验师成功设计并合成了一种具有特殊经纬交织结构的弹性体电解质，该电解质由交联相作为填料和聚合物相作为骨架组成。研究发现，随着聚合物相的增加，电解质从不规则的褶皱结构转变为经纬交织结构。具有主要纬度特征的最佳电解质ATPE-1表现出800%的可拉伸性和高室温离子电导率（1.72 mS cm-1）。此外，与锂金属阳极的紧密接触和优异的相容性使以ATPE-1为电解质的锂对称电池能够保持稳定和延长的循环寿命超过2000小时。并且，聚合物相和交联相之间超分子相互作用的存在有效地提高了电解质的分解电压。结果，Li/ATPE-1/NCM622电池在环境条件下具有卓越的倍率性能。这种创新的弹性体电解质为高性能固态锂金属电池的实际应用提供了有前景的潜力。

文章要点：

1. 这项工作开发了一种具有经纬交织结构的新型弹性体电解质，该电解质由丙烯腈（AN）原位自聚合产生的聚合物相作为骨架，以及由四乙二醇二甲醚（TEGDME）和PEO之间的交联反应形成的交联相作为填充材料组成，称为ATPE。

2. 独特的交织结构使这种固态电解质能够表现出双相锂离子传输机制，大大增强了锂离子传输的动力学，交织的聚合物网络充当了保护交联填料免受氧化分解的屏障。同时，它具有优异的弹性，显著缓解了体积膨胀引起的电极-电解质接触问题。

3. 该电解质的分解电压高达4.6 V。NCM622/ATPE-1/Li电池在室温下300次循环后保持了86%的容量保持率。即使在1C的高倍率下，电池在150次循环后也具有87%的容量保留率。

图1 电解质设计

图2 电解质的机械性能

图4 半电池性能

图4 全电池及软包电池性能

--检测服务--

原文链接：
https://doi.org/10.1002/aenm.202402040

来源：高分子科学前沿

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