王玉忠/吴刚Nature子刊：用于锂金属电池的不燃无溶剂液态聚合物电解质

作为高易燃和高挥发有机液态电解液的替代品，固态聚合物电解质在高能锂金属电池中显示出诱人的实用前景。然而，界面和离子导电性能不佳是其应用的两大关键挑战。常见的策略是引入有机溶剂或增塑剂，但这违背了安全设计的初衷。

图1 液态聚合物电解质（LPE）的特性

四川大学王玉忠、吴刚等提出了一种不含任何小分子溶剂的电解质概念–液态聚合物电解质（LPE），这种电解质以室温液态刷状聚合物作为唯一溶剂，可用于安全的高性能电池。具体而言，作者设计了一种室温液态刷状聚合物，即聚[双（甲氧基三乙氧基）磷嗪]（PPZ），该聚合物由阻燃的聚磷嗪为骨架、甲氧基三乙氧基取代基为侧链组成，可用作商业化锂盐的唯一溶剂。

与传统的液态电解液和固态聚合物电解质相比，这种LPE具有多种优势包括：

（1）PPZ主链中丰富的N和P元素通过气相和固相阻燃模型确保了不燃性；

（2）PPZ及其衍生的Li₃N和Li₃PO₄赋予SEI优异的热稳定性、机械强度、离子导电性和柔韧性，有效抑制了锂枝晶生长和电解质-锂副反应；

（3）PPZ中的极性N和O原子与Li⁺的配位促进了LiTFSI的解离以形成载流子，并通过磷腈主链和醚侧链的移动促进了Li⁺的转移；

（4）可流动的粘性LPE能够完全润湿甚至渗透电极以保持界面层的良好接触和完整性，并且不会由于高温或机械滥用而泄漏。

图2 LPEs的化学和电化学性质

受益于上述优势，所设计的电解质可在较宽的温度范围（60-120℃）内提供高性能，可使锂沉积/剥离超过2200小时，并实现LFP//Li和NCM811//Li的稳定循环，同时具有较高的库仑效率和容量保持率。更重要的是，基于LPE的LMB有能力抑制热失控和抗机械磨损。

总体而言，这种不含任何小分子溶剂的不易燃LPE的设计理念为开发下一代安全、高性能的可充电池提供了创新见解。

图3 LPE基电池的制备与性能

Non-flammable solvent-free liquid polymer electrolyte for lithium metal batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-40394-8

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王玉忠/吴刚Nature子刊：用于锂金属电池的不燃无溶剂液态聚合物电解质

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