中科大陈琪研究员/苏州纳米所陈立桅教授《自然·通讯》：多氟交联剂基固态聚合物电解质助力4.5V锂金属电池！

固态聚合物电解质（SPEs）因有利于与电极形成亲密的界面接触，被视为长循环锂金属电池（LMBs）的首选电解质。然而，具有易氧化的含氧极性基团的典型SPE表现出狭窄的电化学稳定窗口（ESW），这使得提高基于SPE的LMB的比容量和能量密度（充电截止电压为4.5V或更高）不切实际。

近日，中国科学技术大学陈琪研究员、中科院苏州纳米所陈立桅教授采用一种多氟交联剂来提高SPE的抗氧化性。具体而言，通过紫外线（UV）光引发的吡咯基离子液体、碳酸乙烯亚乙酯（VEC）单体和多氟交联剂的共聚制备了一种SPE。研究显示，所得到的多氟交联的SPE在25℃时表现出1.37 mS cm-1的优异导电性、5.08 V的宽电化学稳定窗口（ESW），以及高机械强度。这些特性允许在4.5V的充电截止电压下运行包含LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2（NCM523）正极的LMBs。结果，组装后的Li-SPE-NCM523电池在0.5C时具有高达164.19 mAh g-1的放电比容量，并且在200次循环后具有约90%的优异容量保持率。研究发现，聚合物网络中的多氟基团的吸电子效应有助于提高电化学抗氧化性；此外，交联结构还加强了SPE的机械模量，以抵抗锂枝晶的生长，这进一步提高了LMB的长循环稳定性。总体而言，这项工作为利用多氟化交联策略开发用于长循环高压LMB的SPE开辟了一个方向。

文章要点：

1. 这项工作通过紫外光引发的吡咯基离子液体、碳酸乙烯亚乙酯单体和多氟交联剂的自由基聚合制备了一种SPE，所得SPE在室温下具有高离子传导率、宽电化学稳定窗口以及高机械强度。

2. 多氟化交联SPE不仅通过多氟化链段的诱导吸电子效应，而且通过交联网络的传输诱导效应，表现出改善的电化学抗氧化性。此外，交联结构加强了机械模量，有效地抵抗了锂枝晶的生长。

3. 结果，组装好的Li|SPE|NCM523全电池在截止电压为4.5V时在0.5C下提供了出色的高放电比容量和稳定的循环性能。这表明，加入多氟交联剂是一种广泛适用的策略，可以实现机械和电化学坚固的SPE。

图1 材料制备

图2 SPEs的离子传输特性

图3 负极界面演变的特征

图4全电池的电化学性能

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