张联齐/宋大卫/马月AEM：室温固态聚合物电解质中的锂离子转移机理

固体聚合物电解质(SPE)离子电导率低，使用寿命短，限制了常温聚合物锂金属电池的应用。

在此，天津理工大学张联齐、宋大卫、马月等人开发了一种常温双层固体聚合物电解质，并创新性地研究了相关工作机制。

在该工作中，聚碳酸丙烯酯（PPC）/琥珀腈（SN）与正极接触，而聚氧化乙烯（PEO）/Li₇La₃Zr₂O₁₂靠近负极侧。此外，通过分子动力学（MD）模拟，首次阐明了SN和锂盐之间的分子间相互作用，SN的N原子和锂离子之间形成了配位（[SN···Li+]）。

更重要的是，利用密度泛函理论（DFT）进一步阐明了SN和PPC/PEO聚合物之间的强相互作用，SN···PPC的结合能为-0.860 eV，SN···PEO的值为-0.744 eV，证明了[SN···Li+]溶解鞘结构的形成。理想的结合能为[SN···Li+]结构的生成提供了潜在动力进而允许锂离子通过聚合物段快速传输。此外，SN···PPC呈现出比SN···PEO更强的结合能，这有利于隔离锂负极和SN之间的直接接触，从而防止寄生反应的发生。

图1. 分子动力学模拟

研究表明，使用DSPE组装的LFP/Li电池显示出优异的循环性能，在室温下循环200次后容量保持率达到96%。而NCM622/Li电池的放电容量为188.6 mAh g^-1，100次循环后的容量保持率为86.3%。

值得注意的是，Li/Li对电池循环1000小时后具有55 mV的低过电位且25℃下高达1.3 mA cm^-2的临界电流密度。因此，这项工作对室温下SPE离子传输机制的有了深刻认识将促进具有环境可操作性和高安全性的先进电解质设计。

图2. DSPE组装全电池的电化学性能

Li-Ion Transfer Mechanism of Ambient-Temperature Solid Polymer Electrolyte toward Lithium Metal Battery, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202204036

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张联齐/宋大卫/马月AEM：室温固态聚合物电解质中的锂离子转移机理

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