来源：高分子科技

   为了满足在不同应用领域（如便携式电子产品、电动汽车和大规模储能）以及应用场景（如热/冷气候、高山/天空和深海）的需求，新兴的可充电电池除了高能量密度和高安全性的要求，还应具有宽耐温性的特点。然而，这些关键的性能参数之间通常存在权衡关系。例如，由于金属锂具有较高的理论比容量（3860 mAh g^-1）和较低的电化学电位（−3.040 V vs标准氢电极），锂金属电池（LMBs）有望提高电池的能量密度。然而，锂金属的高反应性导致锂枝晶生长，固态电解质界面（SEI）不稳定，体积变化不可控，甚至造成液态锂金属电池严重的安全问题。为了避免液态电解质与锂金属电极之间产生副反应，以提高锂金属电池的安全性，已报道了许多解决策略，包括制备电极保护膜和固态电解质。其中，聚合物作为电极保护膜和固态电解质因其成本低、易于加工、重量轻、柔韧性好等优点而受到广泛关注和研究。尽管对高能量密度和安全的LMBs已进行了大量的研究，但对开发具有宽温域工作的固态LMBs的研究仍然有限。

   近日，北京化工大学曹鹏飞教授联合HJC黄金城·集团(中国区)唯一官方网站杨化滨研究员在Energy Storage Materials上发表了最新研究性论文“In-situ formation of quasi-solid polymer electrolyte for wide-temperature applicable Li-metal batteries”。提出了一种通过在低熔点有机溶剂（如1,3-二氧戊环，DOL或二氟乙酸乙酯，EDFA）中，以LiTFSI作为锂盐，原位聚合醚类单体，制备的新型准固态电解质（QSPE）。该准固态电解质能够在−20~60 °C的宽温度范围内实现准固态LMBs的稳定无枝晶化循环，如图示1。通过如下策略解决准固态电池低温性能差的问题：（1）在醚类聚合物链中引入氨基甲酸酯和丙烯酸酯基团，大大降低了醚类聚合物的结晶度，为Li⁺提供了连续的配位点，从而构建有助于Li⁺快速传导的通道；（2）引入低熔点有机溶剂（如：DOL或EDFA）增强体相电解质中的Li⁺的传输速度；（3）原位聚合的方式确保了电极与电解质紧密的界面接触；（4）QSPE诱导形成更加稳定的SEI层，帮助Li⁺在电极/电解质界面处迁移。本章对该准固态电解质的物化性质进行评估，并测试准固态电池在宽温域范围内的电化学性能，对其深层机理进行探索。研究发现，这种QSPE的设计有效解决了在每个传输步骤中离子传输动力学缓慢的问题，实现了高能量密度、安全性和宽温度耐受性之间的权衡，为在不同场景下工作的高性能LMBs提供了见解。HJC黄金城·集团(中国区)唯一官方网站HJC黄金城·集团(中国区)唯一官方网站博士研究生贺雅悦为第一作者，北京化工大学曹鹏飞教授与HJC黄金城·集团(中国区)唯一官方网站杨化滨研究员为共同通讯作者。

准固态电解质的合成路线如图示1所示。其中，羟基封端的聚乙二醇与2-异氰酸乙酯反应得到丙烯酸酯功能化聚乙二醇（A-PEG）。随后，A-PEG单体通过原位热引发聚合得到聚（丙烯酸酯功能化聚乙二醇）（PAP），如图1a所示。FT-IR证实了PEG和ICEA的成功反应以及A-PEG的成功聚合。PAP的DSC曲线未观察到熔化峰，并且其T_g为−42.9 °C时，表明PAP在常温和低温下均具有非晶态弹性体行为。通过计算PAP在不同温度下的链段弛豫时间，在−20 °C时弛豫时间为10^-4 s，表明在寒冷条件下PAP的链段运动是非常快速的。

图1. PAP的结构与表征

图3. 准固态电池在不同温度条件下的电化学性能和与其他工作的性能对照图。

准固态电池的界面性质研究

图4. 以2 C电流密度循环50周后，Li/CLE/LFP和Li/D-QSPE/LFP的锂负极SEM表面图像和表面元素分布，以及Li/CLE/LFP和Li/D-QSPE/LFP电池的EIS谱图。

准固态电解质匹配高电压正极的研究