近期，河南大学材料学院赵勇教授团队在高比能碱金属电池电解质领域取得新进展，相关成果以“Ordered and Fast Ion Transport of Quasi-solid-state Electrolyte with Regulated Coordination Strength for Lithium Metal Batteries”为题，以全文形式在国际化学顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表。
图a）传统准固态电解质中无序且缓慢的离子传输行为；b） 新型准固态电解质中有序且快速的离子传输行为。
高比能电池是提升电动汽车续航里程的重要技术手段，动力电池安全技术是高比能动力电池应用的前提。三维聚合物基准固态电解质可以有效抑制有机电解液挥发，提升高比能可充电电池如锂金属电池的安全性，受到人们的广泛关注。然而，三维聚合物基准固态电解质面临着体相和相应的负极固体电解质界面层（SEI）离子电导率低的问题，准固态锂金属电池性能有待进一步提升。
在前期研究中，研究团队发展了一种新的含硅聚醚三维聚合物基准固态电解质，其可以在锂金属正负极表面形成稳定的富含LixSiOy的SEI，有效地提升准固态锂金属电池中电解质与电极界面稳定性，进而提高准固态电池的循环稳定性（Small2022, 2106395）。然而，聚合物基准固态电解质还面临着体相离子电导率低的难题。造成上述问题的根本原因在于，电解质中锂盐的阳离子/阴离子与聚合物网络/有机溶剂的官能团之间均存在配位作用，导致离子在电解质中的无序而缓慢的扩散行为，体相离子电导率低，电池倍率性能差。
针对上述问题，研究团队构建了一种新的含叔胺官能团的三维聚合物，进而发展了一种准固态电解质中离子有序且快速传输路径的新思路。传统准固态电解质中锂离子与骨架和溶剂官能团有同等配位强度，造成锂离子无序且缓慢的离子传输行为，离子传导率低。在新型准固态电解质中，由于锂离子与聚合物骨架上叔胺官能团的配位强度高于其与溶剂羰基的配位强度，抑制了锂离子在溶剂官能团上的扩散行为，促进了锂离子在聚合物骨架叔胺官能团上有序且快速的传输，减少了离子传输路径长度，获得了离子电导率为3.69 mS cm-1的三维聚合物基准固态电解质，接近液态电解质水平。此外，聚合物叔胺官能团可以诱导锂金属表面形成含Li3N活性物质的快离子传输SEI，提升锂金属循环稳定性。基于上述发现，在匹配50微米锂箔、正极载量为8.6 mg cm-2三元氧化物材料NCM811和面电流密度为1.5 mA cm-2的情况下，准固态锂金属电池的循环寿命达到220周（Angewandte Chemie International Edition,2023,DOI: 10.1002/anie.202302559）。
河南大学材料学院博士研究生张琦为论文第一作者，赵勇教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202302559
