通过原位环开聚合技术制备分子工程化的交替碳酸酯-醚固体聚合物电解质，用于可持续的高压锂金属电池

《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》：Molecularly Engineered Alternating Carbonate-Ether Solid Polymer Electrolytes via In Situ Ring-Opening Polymerization for Sustainable High-Voltage Lithium Metal Batteries

　　固态锂金属电池开发需要兼顾高离子电导率、电化学稳定性和环境可持续性。本研究通过原位开环聚合制备了具有碳酸-醚交替交联网络结构的聚碳酸酯基固体电解质（PCE），其"刚柔并济"的架构实现1.37×10^-4 S/cm（30℃）的高离子电导率和5.9V vs Li+/Li的超宽稳定性窗口，同时抑制锂枝晶生长并保持1200次循环85.8%容量，且可在35天内水解为无毒小分子。

　　

全固态锂金属电池（LMBs）的发展需要一种能够同时具备高离子导电性、电化学稳定性和环境可持续性的固态聚合物电解质（SPEs）。本文介绍了一种通过原位开环聚合（ROP）技术合成的基于聚碳酸酯的固态电解质（PCE），该电解质具有独特的交联网络结构，由碳酸酯-醚化学键交替组成。这种“刚柔并济”的结构有效利用了聚合物的层次化特性，建立了连续的锂离子（Li⁺）传导路径，同时抑制了晶体化现象。碳酸酯基团通过弱配位作用促进锂离子的解离，而醚基团则加速了离子传输，使得PCE在室温下的离子导电率达到1.37 × 10^–4 S cm^–1（30 °C），并且具有高达5.9 V的宽电化学稳定窗口（相对于Li⁺/Li）。此外，交联结构还增强了材料的机械强度并抑制了锂枝晶的生长，使得锂离子的沉积/剥离过程能够稳定进行超过5500小时。组装的LFP/PCE-3/Li电池表现出优异的循环性能，在1200次循环后仍能保持85.8%的容量保持率。LCO/PCE-3/Li和NCM622/PCE-3/Li电池的循环测试进一步证明了PCE在可持续、高能量密度储能系统中的应用潜力。值得注意的是，在常温条件下，PCE中的碳酸酯骨架会通过水解作用完全降解为无毒的小分子，有效解决了环境问题。