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定制聚合物电解质离子电导率，用于生产低温运行的准全固态锂金属电池

第一作者：李卓,郁睿

通讯作者：郭新，王雪锋

单位：华中科技大学，中国科学院物理研究所

研究背景

由于具有更好的安全性，采用聚合物电解质的固态电池可以取代采用易燃有机电解液的锂离子电池。电化学稳定的聚合物电解质有望用于锂金属负极(LMAs)和高镍层状氧化物正极（如NCM），从而有效地将电池的比能量提高至Whkg?1。

虽然采用聚合物电解质（如聚环氧乙烷（PEO）基电解质）的电池在室温下能够可靠地工作，但在低于0°C的温度下呈现出剧烈下降的能量密度、功率和循环寿命，这限制了电池在寒冷气候中的应用。低温性能不佳主要是由于在电解质本体中的离子输运以及电解质

电极界面中的电荷转移动力学不足，导致固体电解质界面（SEI）的结构变化。在聚合物中引入低熔点的有机溶剂，形成准固体聚合物电解质，可以大大提高低温下的电导率。

此外，通过非水性前驱体溶液的原位聚合可形成共形的电解质

电极界面，这可以加速界面上的离子输运。然而在?15°C以下，由有机溶剂衍生的以Li2CO3为主的SEI层导电性差且结晶度高，因此锂金属电池（LMBs）无法在低温下长期运行，且工作温度一般需高于?15°C。

文章简介

基于此背景，来自华中科技大学的郭新教授和中科院物理所王雪锋教授合作，在国际知名期刊NatureCommunications上发表题为“Tailoringpolymerelectrolyteionicconductivityforproductionoflow-temperatureoperatingquasi-all-solid-statelithiummetalbatteries”的文章。

该文章报告了一种采用原位聚合1,3,5-三氧六环（TXE）基前驱体的准固体聚合物电解质，表现出在?20C时0.22mScm?1的高离子电导率和0.8的高离子迁移数。基于界面化学的合理设计，聚合物电解质可以实现稳定且高导电的双层SEI，在超低温下对锂金属负极表现出极好的循环稳定性，同时原位构建出无定形CEI，在高压下极大地稳定了NCM正极，最终实现低温下的快速界面电荷转移，并有效抑制了锂枝晶和锂粉化。

图1.用于低温金属锂电池的聚合物电解质的设计。

本文要点

要点一：聚合物电解质的设计与制备

离子电导率是电解质在低温下工作的主要

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