新型固态聚合物复合电解质登上《自然·材料》

固态聚合物电解质（SPEs）在发展高能量密度锂基电池方面受到了广泛的关注。虽然锂离子电池因其相对较高的比能量和功率密度在储能领域发挥着重要的作用，但它们正在接近理论极限(~ 400 Wh kg-1)。为了提高锂基电池的容量，研究人员主要关注于新的电极材料中国塑料网vlevle.com。在阴极方面，锂空气电池和锂硫电池代表了领先的前沿领域。在阳极上，锂金属可以取代石墨，使阳极能量密度提高约10倍。然而，在长期的充放电循环过程中，电极的发展需要一种能够阻止不可逆反应和枝晶生长的电解质。为了缓解这些问题，SPE的出现不仅可以通过机械刚度来阻止枝晶的生长，而且还可以提供比液体电解质更安全（不易燃）的操作。

图片鉴于此，来自于美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学的Louis A. Madsen等人制备了一种新型的固态分子离子复合（MIC）电解质，其基于极硬的双螺旋磺化芳香聚酰胺与离子液体（IL）和锂盐相结合而成。通过改变聚合物含量、离子类型、金属盐类型和负载量，可以广泛地调节MIC的性能。因此，MIC作为一个模块化的材料平台，有可能解决电解材料中的一系列问题。该研究以题为“Solid-state rigid-rod polymer composite electrolytes with nanocrystalline lithium ion pathways” 的论文发表在最新一期《Nature Materials》上。

文章亮点：

(1) 这种高强度（200 MPa）和不易燃的固体电解质具有出色的Li+电导率（25 oC下为1 mS cm-1）和电化学稳定性（相对于Li | Li+为5.6 V），同时在组成Li对称电池循环过程中也可抑制枝晶的生长并显示出较低的界面电阻（32 Ω cm2）和过电势（在1 mA cm-2时≤120 mV）。

(2) 异质盐掺杂工艺会修饰局部有序的聚合物-离子组装，以结合晶间网络，并填充有缺陷的LiFSI和LiBF4纳米晶体，从而大大增强了Li+的导电性。

(3) 这种将陶瓷类导体的快速传输与聚合物电解质的优越灵活性结合起来的模块化材料制备方式，可为安全、高能量密度的能量存储和转换应用提供前景。

图1 LiMICs的制造工艺流程

图2 使用MICs作为电解质的离子电导率、活化能、Li+转移数、电化学窗口、Li对称电池循环性能和界面电荷转移电阻测试