中科院苏州纳米所沈炎宾研究员Angew：阴离子调制，打造高导电且稳定的聚合物电解质

近日，中科院苏州纳米所沈炎宾研究员提出了一种用于高压锂金属电池的阴离子调制聚合物电解质（称为AMPE）的设计概念。具体来说，该工作通过将耐高压和高电荷密度单元与阴离子受体单元结合来设计AMPE。耐高压和高电荷密度部分有助于实现聚合物链的良好电压耐受性，并确保足够的载流子离子。以含硼分子为代表的阴离子受体通过解离阴离子-阳离子对促进游离Li⁺的产生。更重要的是，基质中缺电子B和TFSI-之间的强相互作用促进了阴离子还原，在锂金属阳极上形成稳定的阴离子衍生镶嵌状固体电解质界面。因此，AMPE表现出3.80×10⁻⁴S cm⁻¹的高Li⁺电导率，并有效地抑制了锂枝晶，使全固态Li|AMPE|LiCoO₂电池在4.40 V的工作电压下实现了700次循环的循环寿命。这一设计理念将有助于人们为高比能固态锂金属电池开发高性能SPE。

文章要点：

1. 这项工作提出了一种阴离子调制聚合物电解质（称为AMPE）的设计概念。从材料的角度来看，作者设计了一种基于耐高压和高电荷密度单元（1-烯丙基-1-甲基吡咯烷鎓双（三氟甲磺酰基）酰亚胺，离子液体和3-亚砜，SE）的多功能聚合物，该聚合物结合了阴离子受体单元（三（氧）三（乙烷-2,1-二基）三（2-甲基丙烯酸酯），BHEMA），以协同实现高离子电导率和界面稳定性。

2. IL和SE的耐高压部分在实现聚合物链的整体电压耐受性方面起着至关重要的作用。IL单元的高电荷密度确保了足够的载流子离子，B-HEMA阴离子受体起着关键的调节作用。阴离子受体以缺电子B为特征，通过解离阴离子-阳离子对以获得高电导率来促进游离Li⁺的产生。同时，基质中缺电的B和TFSI⁻之间的强相互作用显著促进了TFSI的分解，使稳定的阴离子衍生镶嵌状固体电解质界面（SEI）得以形成，其外层为Li₂S/LiSO₂F，内层为LiF。

3. 因此，AMPE的Li⁺电导率高达3.80×10⁻⁴ S cm⁻¹，t_Li+高达0.41，氧化窗口高达5.55 V。受益于这些，全固态Li|AMPE|LiCoO₂（LCO）电池在4.40 V/0.20 C下的循环寿命为700次，在4.50 V/0.50 C下的周期寿命为200次。