固体聚合物电解质（SPE）因其优异的加工性能和界面相容性，已成为固态电池产业化的重要发展方向和理论研究热点，但仍存在诸多缺陷，严重阻碍了其进一步的实际应用，如室温下离子电导率低（约 10^-7 S cm^-1）、与电极材料界面接触不良（界面阻抗增大）、稳定性差（热稳定性和界面稳定性）、机械强度低（难以抑制锂枝晶造成短路）等。鉴于上述限制固态聚合物电解质大规模应用的问题，固态电池“原位固化“制备策略应运而生。即在热学、光学或电学条件下，在电池内部对液态前驱体进行原位固化，实现超共形界面兼容，极大地解决了固/固界面接触问题。

图1. 原位固化杂化交联固态聚合物电解质的设计

图2. 锂金属电池循环性能测试 a) LFP|HCPE|Li、LFP|LE|Li和LFP|PDOL|Li电池在1C，25℃时的循环性能。b) (a)中LFP|HCPE|Li电池前十圈充放电曲线。c) LFP|HCPE|Li电池的倍率性能。d) LFP|HCPE|Li电池在各倍率下第一圈充放电曲线。e) LFP|HCPE|Li和LFP|PDOL|Li电池在2C，25℃下的长循环性能。

  以LFP为正极，对HCPE和DOL两种电解质的锂金属电池电化学循环稳定性进行了评估。充放电性能如图2a,b所示，其中前四个循环在0.1 C的低倍率下活化，使得电解质/电极界面处的SEI更加稳定和坚固。LFP|PDOL|Li在1C倍率下的初始放电容量为148.9 mAh g^-1，循环300次后容量保持在132.4 mAh g^-1，容量保持率为88.9%。而杂化交联后的LFP|HCPE|Li电池的初始放电容量为152.1 mAh g-1，循环300次后容量达到144.4 mAh g^-1，容量保持率为94.9%，库仑效率为99.98%。图2a中HCPE前10次循环的充放电平台曲线如图2b所示。充放电平台之间的带隙仅为0.14 V，与使用LE的电池相当，这意味着HCPE具有非常小的极化，突出了优异的离子电导率和较小的界面阻抗。此外，本文研究了LFP|HCPE|Li电池在0.1C至2C不同倍率下的循环性能，相应的容量保持曲线和充放电平台曲线如图2c,d所示。初始放电容量在0.1C时为166 mAh g^-1，2C倍率时为127.9 mAh g^-1，再回到0.1C倍率时为160.3 mAh g^-1，表现出很强的循环可逆性。

通讯作者简介：

  田雷，深圳大学特聘副研究员，助理教授，硕士生导师，深圳市海外高层次人才。现任《高分子通报》编委。主要从事高性能及高功能高分子材料的合成研究，包括高安全耐高压及宽温域固态聚合物电解质、高能量密度固态聚合物电池、高强高韧高分子及纤维材料等，主持或参与国家自然基金项目、省市重点项目等多项，在Advanced Materials、Angew. Chem. Int. Ed.、Macromolecules等国际知名期刊上发表学术论文40多篇。

  团队长期招聘专职研究人员/博士后，研究方向包括但不限于高分子合成与加工、固态聚合物电解质、计算化学等，有意者请联系田老师: leitain@szu.edu.cn。

  文献详情

  Kexin Mu, Dai Wang, Weiliang Dong, Qiang Liu, Zhennuo Song, Weijian Xu, Pingping Yao, Yin’an Chen, Bo Yang, Cuihua Li, Lei Tian,* Caizhen Zhu,* Jian Xu, Hybrid crosslinked solid polymer electrolyte via in-situ solidification enables high-performance solidstate lithium metal batteries. Adv. Mater. 2023, 202304686.

  https://doi.org/10.1002/adma.202304686