北化顶刊：兼具力学和电化学性能，大大提高金属锂电池安全性！

导读：面对锂金属电池中锂枝晶的生长问题，本文选取固态聚合物作为研究对象进行改性，通过构建多个C-S-C键，制备出具有良好机械强度、导电性和锂离子传输效率全固态电解质。该研究也许将引导对于高聚合物电解质分子设计在锂金属电池中的重新思考。

锂金属电池具有极高的能量密度，被最有希望突破如今商用锂离子电池的一个研究方向。但是金属锂在反复充放电过程中会不可避免的形成枝晶，导致电池的刺穿而影响电池的整体安全。近日北京化工大学的孙晓明教授及其团队成功制备了硫醇支化全固态聚合物电解质，具有良好的机械性能和电化学性能，大大提高了金属锂电池的安全性。相关论文以题为“Thiol-Branched Solid Polymer Electrolyte Featuring High Strength, Toughness, and Lithium Ionic Conductivity for Lithium-Metal Batteries”在Advanced Materials上发表。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202001259 

传统的金属锂电池一般使用液态有机电极液，也因此导致了诸如渗漏和易燃等众多安全性问题，此外锂枝晶在电解液中的生长也会进一步影响电池的安全性，严重阻碍了金属锂电池的实际商业化应用。因此，开发新一代安全固态电解质材料具有非常重要的实际价值。但是目前对于固态电解质无法很好地在材料的机械稳定性、热稳定性、电化学稳定性各方面达到平衡，在追求某一性能时往往会导致其他方面性能的急剧下滑，因此还需针对其进行进一步的研究改性。

针对以上问题，作者精心设计了一种全新的固态聚合物电解质材料，并表现出了极佳的机械性能、低电阻和高离子传输效率。该材料由MOFs（UIO-66）、PETMP、PEGDA协同交联合成。具有UIO-66与PETMP通过一个支化结构与PEGDA相连，使得锂离子传输效率在室温下可以达到2.26×10⁻⁴S cm⁻¹。硫醇和烯烃光致聚合反应提供了多重C-S-C共价键，大大提升了材料的机械性能。而在电极上原位聚合，形成稳定的3D网络并确保了电极和电解质之间的无缝接触，大大减少了界面电阻。所组装的Li||LiFePO₄全电池表现出了极好的安全稳定性，并在40℃下载0.1 C和0.5 C的电流密度下分别具有163.3、141.1 mAh g⁻¹比容量，并且在0.5 C下循环500次后比容量还保有123.1 mAh g⁻¹，展现了极佳的应用潜力。

总结来说，作者利用光致聚合反应，通过精心构建具有硫醇支化的固态聚合物电解质，使材料的机械性能、电阻和锂离子传输能力之间均表现出令人满意的结果。所组装的全固态金属锂电池和设计的一致表现出了极好的稳定性和良好的电化学性能。该研究结果展示了固态聚合物电解质巨大的潜力和价值，也对后续人们对于固态聚合物电解质分子排列设计具有非常重要的指导和借鉴意义。（文：Today）

图1 (a)-(b) M-S-PEGDA的前驱体材料和制备过程示意图；(c)-(e)样品的红外光谱图。

图2 M-S-PEGDA的物理性能。

图3 M-S-PEGDA的电化学性能。

图4 所组装的Li|M-S-PEGDA|LFP全电池的电化学性能和安全性评估。