全固态锂金属电池（ASLMBs）由于其高安全性和能量密度而被认为是非常有前景的储能装置。然而，目前固态电解质在氧化稳定性和离子传输性能方面的局限性已成为实际应用中的基本障碍。

鉴于此，青岛科技大学周新红教授联合中科院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员、鞠江伟副研究员通过原位聚合植入三维多孔L10GeP2S12骨架的高盐聚乙二醇二缩水甘油醚(PEGDE)获得了一种新型固态电解质，以缓解上述问题。研究显示，聚PEGDE赋予更多氧原子与Li+配位，显著降低了其最高占据分子轨道能级。因此，聚PEGDE的耐氧化性超过4.7 V vs. Li+/Li。同时，三维多孔L10GeP2S12骨架为Li+的快速迁移提供了渗流通道，确保了室温下7.7 × 10-4S cm-1的高离子电导率。由于瓶颈问题得到了很好的解决，基于4.5 V LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2的ASLMB在室温下的200次循环中表现出优异的循环性能，平均库仑效率超过99.6%。

文章要点：

1. 在这项工作中，PEGDE作为原位聚合的设计单体，对双三氟甲磺酰亚胺锂（LiTFSI）表现出优异的溶解性。此外，由单体形成的聚PEGDE的耐氧化能力随着LiTFSI浓度的增加而增加。当LiTFSI浓度达到60 wt%时，电化学窗口扩大到 4.7 V。分子动力学模拟显示，更多的EO链段与锂离子配位，从而大大降低了聚合物的最高占据分子轨道(HOMO)能级。然而，实验数据表明更高的氧化电位是以降低锂离子电导率（σLi+）为代价的。

2. 为同时满足高能量密度ASLMBs对宽电化学窗口和高σLi+的需求，作者进一步提出了一种协同策略，即把通过二硫化硒在高温下升华制备的多孔Li10GeP2S12骨架（p-LGPS）植入高盐聚PEGDE基体中。高盐聚合物基体不仅实现了高电压耐受性，而且还通过原位聚合进一步整合了电解质/电极界面。同时，三维多孔骨架为锂离子的传输构建了连续的快速通道，从而大大提高了电解质的σLi+。

3. 受益于有机-无机复合电解质的协同优势，基于NCM|Li的ASLMB表现出204 mAh g-1的高放电容量和高达200次的循环性能，完美满足了高能量密度电池的需求。

图1 基于3D复合电解质的ASLMB的示意图

图2 聚PEGDE的氧化行为

图3 半电池性能

图4 全电池性能

原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202202474

来源：高分子科学前沿

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