复旦大学Nat. Mater.：聚合物序列结构调控以实现固态锂电池

“全固态锂金属电池”具有高能量密度、高安全性等优点，有望成为下一代储能设备。但传统液态电解质存在易泄漏、易燃易爆等风险，无法用于“全固态锂金属电池”。聚合物电解质具备高（电）化学稳定性、可加工性等优势，被认为是实现“全固态锂金属电池”的关键材料之一。然而，已知的聚合物电解质在室温下具有比液体/陶瓷低得多的离子电导率，这限制了它们在电池中的实际应用。

复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的陈茂课题组设计合成了全新结构的单锂离子导电含氟聚合物电解质，发现在交替的聚合物序列中精确定位设计的重复单元为均匀的Li⁺分布、非聚集的Li⁺-阴离子溶剂化和序列辅助的位点到位点离子迁移奠定了基础，有助于将Li⁺电导率调节多达三个数量级。组装后的全固态电池有助于从环境温度到高温对锂金属进行可逆和树枝晶减轻的循环。研究成果证实可以用于下一代能源设备的高离子导电固态电解质的可行性。相关成果以“Sequencing Polymers to Enable Solid-State Lithium Batteries”为题发表于Nature Materials。复旦大学高分子科学系博士研究生韩善涛为文章第一作者，复旦大学高分子科学系教授陈茂为通讯作者，昆山杜克（Duke Kunshan）大学研究员林欣蓉和美国麻省理工学院（MIT）教授Yang Shao-Horn为共同通讯作者。

【数据导读】

图1. 锂离子迁移机理示意图。左）基于链节运动的离子迁移模式（以电中性聚合物与锂盐混合物为例）；中）基于跳跃的离子迁移模式（以单离子导电聚合物为例）；右）本研究提出的交替序列促进的离子迁移新模式。

图2. A) 不同序列结构的单锂离子导电聚合物电解质示意图；B) 交替序列结构的单锂离子导电聚合物电解质的分子动力学模拟图；C) 交替序列促进锂离子连续跳跃迁移的路径示意图

论文地址：https://www.nature.com/articles/s41563-023-01693-z

本文主要来源：https://news.fudan.edu.cn/2023/1017/c5a137380/page.htm