復旦大學Nat. Mater.：聚合物序列結構調控以實現固態鋰電池

“全固態鋰金屬電池”具有高能量密度、高安全性等優點，有望成為下一代儲能設備。但傳統液態電解質存在易泄漏、易燃易爆等風險，無法用于“全固態鋰金屬電池”。聚合物電解質具備高（電）化學穩定性、可加工性等優勢，被認為是實現“全固態鋰金屬電池”的關鍵材料之一。然而，已知的聚合物電解質在室溫下具有比液體/陶瓷低得多的離子電導率，這限制了它們在電池中的實際應用。

復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室的陳茂課題組設計合成了全新結構的單鋰離子導電含氟聚合物電解質，發現在交替的聚合物序列中精確定位設計的重復單元為均勻的Li⁺分布、非聚集的Li⁺-陰離子溶劑化和序列輔助的位點到位點離子遷移奠定了基礎，有助于將Li⁺電導率調節多達三個數量級。組裝后的全固態電池有助于從環境溫度到高溫對鋰金屬進行可逆和樹枝晶減輕的循環。研究成果證實可以用于下一代能源設備的高離子導電固態電解質的可行性。相關成果以“Sequencing Polymers to Enable Solid-State Lithium Batteries”為題發表于Nature Materials。復旦大學高分子科學系博士研究生韓善濤為文章第一作者，復旦大學高分子科學系教授陳茂為通訊作者，昆山杜克（Duke Kunshan）大學研究員林欣蓉和美國麻省理工學院（MIT）教授Yang Shao-Horn為共同通訊作者。

【數據導讀】

圖1. 鋰離子遷移機理示意圖。左）基于鏈節運動的離子遷移模式（以電中性聚合物與鋰鹽混合物為例）；中）基于跳躍的離子遷移模式（以單離子導電聚合物為例）；右）本研究提出的交替序列促進的離子遷移新模式。

圖2. A) 不同序列結構的單鋰離子導電聚合物電解質示意圖；B) 交替序列結構的單鋰離子導電聚合物電解質的分子動力學模擬圖；C) 交替序列促進鋰離子連續跳躍遷移的路徑示意圖

論文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01693-z

本文主要來源：https://news.fudan.edu.cn/2023/1017/c5a137380/page.htm