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  固態聚合物電解質（SPEs）由于具有較好的柔韌性和界面接觸性，以及易于大規模生產等優點，被認為是未來構建全固態（all-solid-state, ASS）鋰電池最有前景的候選者之一。目前研究最多的SPE是聚醚類結構的聚合物，盡管其具有高的Li⁺導電性以及與鋰金屬良好的界面穩定性，但在4.0V以上開始被氧化，難以匹配高電壓正極。為了匹配高電壓正極（如LiNi_xCo_yMn_zO₂（NCM，x+y+z=1，x≥0.6）），實現全固態電池的高能量密度，需要開發高電壓穩定的SPE，比如聚酯類SPE。然而，這些SPEs很容易被鋰金屬還原，并且難以與鋰金屬形成穩定的界面。因此，為了獲得同時具有高Li⁺導電性和寬電化學窗口的SPE，深入研究對SPE的Li⁺電導率和正負極界面穩定性有影響的因素至關重要。

  基于這些考慮，北京化工大學周偉東教授課題組合成了三種結構的聚酯類SPEs，包括聚碳酸酯（PCE）、聚草酸酯（POE）和聚丙二酸酯（PME）（圖1），并系統研究了它們的Li⁺導電率以及與鋰金屬負極和高電壓正極的電化學兼容性。在這三類SPEs中，由于分子不對稱性和柔韌性的增強，戊二醇（C5-二醇）組成的SPE比由丁二醇（C4-二醇）組成的SPE顯示出更高的Li⁺傳導性。此外，由于丙二酸酯和草酸酯與Li⁺形成六元和五元環狀配位模式，配位能力比碳酸酯更強，更有利于鋰鹽的解離，PME和POE的Li⁺電導率分別是PCE的10倍和5倍左右，同時，強配位作用還降低了聚合物結構的HOMO能級，提高了抗氧化能力。

圖1. 不同結構的SPEs在高電壓全固態鋰金屬電池中的優勢及存在的挑戰。

圖2. (a)不含和(b)含LiTFSI的PCE/POE/PME的TGA曲線以及c)有無LiTFSI的PCE/POE/PME分解溫度的比較。(d-i)基于PCE，PPC-Li，POE和PME的SPEs的Li⁺電導率。

  該工作以Influencing Factors on Li-ion Conductivity and Interfacial Stability of Solid Polymer Electrolytes, Exampled by Polycarbonates, Polyoxalates and Polymalonates為題發表在Angew. Chem. Int. Ed. 上。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202218229 

  在過去的三年中該課題組一直致力于高電壓穩定聚合物電解質的研究開發，為了同時兼容高電壓的正極和低電壓的鋰金屬負極，構建了雙層的聚合物電解質，使用低電壓穩定的聚合物層與負極接觸、而高電壓穩定的聚合物層與正極接觸（Adv. Mater., 2019, 31, 1805574，ESI高被引論文，授權專利201810768363.8）。為了改善高電壓聚合物電解質的導離子率，開發了聚草酸酯基SPE（Adv. Energy Mater., 2020, 10, 2002416）。為了構建單一的聚合物固態電解質來同時兼容正負極，開發了氟化的聚草酸酯，不僅與鋰金屬原位形成LiF鈍化負極界面，還可耐高電壓，實現了全固態Li/NMC811電池的穩定循環（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 18335, VIP文章）。為了降低SPE的成本，提出了高效回收SPE中鋰鹽的策略（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209169），并系統總結了高電壓穩定聚合物電解質的發展和挑戰（ACS Sustainable Chem. Eng DOI: 10.1021/acssuschemeng.2c05879）。