高性能固态锂电池不仅需要高室温离子电导率固态电解质，还需要较低的界面电阻。在此，研究人员报道了一种基于陶瓷纳米线的复合固态聚合物电解质(CSE)，该电解质通过在锂金属电池(LMBs)内部由钪离子引发的醚基单体原位开环聚合获得，该策略有利于电极和固态电解质之间良好的界面接触。醚基单体聚合后可以作为固态电解质传输锂离子，而由陶瓷纳米线构建的陶瓷膜可以防止电池短路，抑制聚合物的结晶，并在聚合物和纳米线的界面上建立快速离子通道。基于单体的转换率的不同，CSE具有可调的室温离子电导率(10-3至10-5 S cm-1)、锂离子转移数(0.36至0.54)和电化学窗口(4.3至5.18 V)。由于原位聚合的界面电阻低，组装的固体LMBs具有良好的循环性能和倍率性能。该研究为制备具有高室温离子电导率的CSE和设计相应的低界面电阻的固态电池提供了一种可行方法。
图2. 复合电解质的照片、SEM表征及相关电化学性能测试
作者进一步组装了固态Li/LFP电池，该电池在0.2时的放电容量为154mAh g-1（第一次放电），库仑效率为93%；在0.5时的放电容量为147 mAh g-1（第70个循环），库仑效率为96%；在1C时的放电容量为88 mAh g-1（第12个循环），库仑效率为98%。图4b中显示了该电池100次循环的相应循环性能。在0.2、0.5和1 C的电流密度下循环后，再回到0.5 C，比容量慢慢增加到147 mAh g-1的稳定值，证明了使用CSE的LMB具有优越的速率特性和循环性能。
总而言之，作者报告了一种CSE，它是通过在陶瓷膜上滴加液体电解质并使用低浓度的Sc(SO3CF3)3引发电解质基质聚合而得到的。由于陶瓷纳米线构建的陶瓷膜起到了抑制聚合物结晶的作用，并在聚合物电解质和陶瓷纳米线的界面上构建快速离子通道，CSE具有较高的室温离子传导率（~10-4 mS cm-1）和锂离子转移数（0.54），以及宽的电化学窗口（5.18 V）。在器件制备过程中，液态电解质在LMBs内进行原位聚合，陶瓷膜防止电池短路，可以有效降低器件的界面电阻，使器件具有良好的室温电池性能。这项工作为制备具有高室温离子电导率的CSE和设计相应的低界面阻抗的器件提供了一种可行的方法。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.2c00238
作者简介
通讯作者简介：王师，中国科学院大学博士，南京邮电大学化学与生命科学学院，讲师，江苏省“双创博士”，长期致力于固态电解质、柔性电子与储能等领域的研究工作。能够熟练进行聚合物电解质材料的设计、制备与表征及（柔性）储能器件的制备与表征，善于通过分子设计调控功能聚合物的光电性能和力学性能，掌握柔性电子器件的关键制备工艺。发表SCI论文20余篇，包括国际主流期刊Advanced Functional Materials, Fundmental Research, Chemical Engineering Journal, Nature Communications, ACS Materials Letters, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Power Sources及ACS Applied Materials & Interfaces等。申请中国发明专利4项，其中2项授权。
通讯作者简介：王骞，北京大学博士，太原理工大学材料科学与工程学院，副教授，山西国润储能科技有限公司技术专家，山西省首批“清北专项计划”引进人才，2021年度山西省优秀青年基金获得者（省“优青”，全省共15名，本校5名）。自2016年以来一直从事无机合成和电化学应用研究。在电化学传感、储能领域有较多的学习和积累。迄今为止，以第一/共一/通讯作者在Adv. Mater.（2篇），Adv. Funct. Mater.，Energy Storage Mater.（2篇），Nano Energy（ESI高被引论文），Chem. Comm.（3篇），ACS Appl. Energ Mater, ACS Appl. Mater. Interf, J. Power Source, ACS Materials Letters等重要学术期刊上发表论文20余篇。申请发明专利 10 项，已授权专利6项。曾获北京大学校长奖学金、国家奖学金、优秀科研奖、优秀博士论文（全学院共 10 名）等多项奖励。多次在国内会议/高校进行学术报告，如：2021 年度材料大会（材料领域顶级会议）受邀作分会邀请报告等。
通讯作者简介：刘文，北京化工大学理学院教授，博导，国家青年拔尖人才。多年来从事无机功能材料合成和能源应用研究(锂离子电池、锂硫电池、电化学催化等)。在博士和博士后期间，分别在北京大学能源材料分析实验室周恒辉课题组、韩国国立蔚山科学技术大学(UNIST) Jaephil Cho课题组和美国耶鲁大学(Yale University) Hailiang Wang课题组从高性能电极和电催化材料的合成、表征及电化学机理研究。这些工作探究了电极表界面结构构筑策略、界面化学相互作用以及表界面电子态(能级、轨道、自旋)的调变规律，以期实现材料功能表界面理性设计与修饰调变的可能。迄今为止，相关工作发表在Nature Commun., PNAS, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.,Nano Lett., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等国际期刊上。
