近日，材化学院郑时有教授领衔的新能源材料团队联合澳大利亚阿德莱德大学郭再萍院士等人开发出7.8微米超薄且超强抗枝晶的聚合物固体电解质材料，该电解质独特的分子设计使其室温电导率达到4.8 × 10-4 S cm-1，极限电流密度达到11.5 mA cm-2。相应4.5V Li|LCO电池室温条件下能够稳定循环1500圈，电池能量密度达到495 Wh kg-1。该文章发表在国际顶级期刊Advanced Materials上。新能源材料团队夏水鑫副教授为第一作者，上海理工大学为第一完成单位。
基于聚合物固体电解质发展固态金属锂电池是实现高能、安全锂电池的关键途径。然而，目前报道的固态金属锂电池性能往往不尽人意，主要是由于聚合物固体电解质较低的离子电导率和较差的抗枝晶性能导致电池倍率性能不足，循环寿命短。特别是，固体电解质的厚度必须严格控制在15微米以下才能真正实现锂电池能量密度达到500 Wh kg-1。然而，研制高离子电导率且抗枝晶能力强的超薄聚合物固体电解质仍然面临巨大的技术挑战。
本工作创新性地提出引入氟苯弱配位基团优化电解质内离子传导环境，促进电解质内锂离子快速传导的同时促进了金属锂表面富LiF的SEI层生成。在该工作中我们采用简单易操作的相分离法制备了PVH超薄多孔膜为骨架，通过原位聚合技术成功制备出7.8微米超薄且高离子导的聚碳酸酯类固体电解质材料（图1）。基于该类固体电解质材料组装的固态电池展现出优异的循环性能。如图2所示，固态Li|LFP电池展现出超过1800次循环的超长寿命循环耐久性，且每个循环衰减率低至0.01%，同时电池展现出超高的平均库仑效率99.93%。特别是，Li|LFP电池在-10°C的低温下能够稳定循环超过300次且几乎没有容量衰减。同时，相应4.5V 高压Li|LCO电池也展现出长达1500次的超长循环稳定性。匹配高面容量（约4.5 mAh cm⁻²）LCO正极和超薄Li金属（20 μm）组装的Li|LCO软包电池即使在极端循环条件（超低N/P比：0.89）下仍展现出出色的循环性能，固态电池能量密度高达495 Wh kg⁻¹。
图1. 电解质的设计理念
图2. 固态金属锂全电池循环性能。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202510376
