北京化工大学从分子角度出发设计高性能固态聚合物电解质

为提高锂金属电池的机械稳定性、安全性及导电率，无论是工业领域还是科研界都在致力于开发安全且具有良好加工性的固体聚合物电解质。固体聚合物电解质由高分子主体物和金属盐两部分复合而成，是在传统的树脂材料中引入具有导电特性无机盐。在充放电过程中，无机盐中的导电离子通过与高分子链上官能团的吸附、解析作用实现离子迁移，具有低密度、易加工、制作外形灵活、安全系数高等特点，在高性能全固态锂电池的中有着广泛的应用前景。

北京化工大学研究院队近日开发了一种使用新的策略设计而成的聚合物电解质，不仅满足了低成本、可扩展和良好加工性的要求，而且在室温下兼具高离子电导率和高力学性能。

这是一种硫醇支化固体聚合物电解质（M-S-PEGDA），研究人员从分子设计的角度出发，以四(3-巯基丙酸)季戊四醇（PETMP）、表面功能化MOF(Uio-66-MET)和新型聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA，10000 g/mol）为原料设计而成。

通过DSC、机械性能和离子电导率-温度测试，证明硫醇支化聚合物电解质兼备高离子电导率和机械强度，其在25 ºC时的离子电导率为2.26×10^-4 S/cm，锂离子迁移数为0.44，电化学窗口高达5.4 V，同时具备优良的机械性能（~500% 应变，9.4 MPa拉应力），优异性能令人印象深刻。

并且，基于该聚合物电解质组装的磷酸铁锂（LFP）、高镍三元（NCM811）和高电压钴酸锂（LCO）全电池在0.5 C和室温条件下均能长时间正常工作，表现出优异的高电压循环性能。比如，长循环测试表明，基于该电解质的磷酸铁锂全电池以0.5 C循环500次后容量保持率为85.6%（初始容量143.7 mAh g^-1），平均库仑效率约为98%。这是迄今为止，固态聚合物电解质所呈现出来的最杰出的性能之一。

参考文献：

Hangchao Wang, Qian Wang, Xin Cao, Yunyu He, Kai Wu, Jijin Yang, Henghui Zhou, Wen Liu, Xiaoming Sun.Thiol–branched Solid Polymer Electrolyte Featuring High Strength, Toughness, and Lithium ionic Conductivity for Lithium Metal Batteries.Adv. Mater., 2020, DOI: 10.1002/adma.202001259