高性能固態鋰電池不僅需要高室溫離子電導率固態電解質，還需要較低的界面電阻。在此，研究人員報道了一種基于陶瓷納米線的復合固態聚合物電解質(CSE)，該電解質通過在鋰金屬電池(LMBs)內部由鈧離子引發的醚基單體原位開環聚合獲得，該策略有利于電極和固態電解質之間良好的界面接觸。醚基單體聚合后可以作為固態電解質傳輸鋰離子，而由陶瓷納米線構建的陶瓷膜可以防止電池短路，抑制聚合物的結晶，并在聚合物和納米線的界面上建立快速離子通道。基于單體的轉換率的不同，CSE具有可調的室溫離子電導率(10-3至10-5 S cm-1)、鋰離子轉移數(0.36至0.54)和電化學窗口(4.3至5.18 V)。由于原位聚合的界面電阻低，組裝的固體LMBs具有良好的循環性能和倍率性能。該研究為制備具有高室溫離子電導率的CSE和設計相應的低界面電阻的固態電池提供了一種可行方法。
圖2. 復合電解質的照片、SEM表征及相關電化學性能測試
作者進一步組裝了固態Li/LFP電池，該電池在0.2時的放電容量為154mAh g-1（第一次放電），庫侖效率為93%；在0.5時的放電容量為147 mAh g-1（第70個循環），庫侖效率為96%；在1C時的放電容量為88 mAh g-1（第12個循環），庫侖效率為98%。圖4b中顯示了該電池100次循環的相應循環性能。在0.2、0.5和1 C的電流密度下循環后，再回到0.5 C，比容量慢慢增加到147 mAh g-1的穩定值，證明了使用CSE的LMB具有優越的速率特性和循環性能。
總而言之，作者報告了一種CSE，它是通過在陶瓷膜上滴加液體電解質并使用低濃度的Sc(SO3CF3)3引發電解質基質聚合而得到的。由于陶瓷納米線構建的陶瓷膜起到了抑制聚合物結晶的作用，并在聚合物電解質和陶瓷納米線的界面上構建快速離子通道，CSE具有較高的室溫離子傳導率（~10-4 mS cm-1）和鋰離子轉移數（0.54），以及寬的電化學窗口（5.18 V）。在器件制備過程中，液態電解質在LMBs內進行原位聚合，陶瓷膜防止電池短路，可以有效降低器件的界面電阻，使器件具有良好的室溫電池性能。這項工作為制備具有高室溫離子電導率的CSE和設計相應的低界面阻抗的器件提供了一種可行的方法。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsmaterialslett.2c00238
作者簡介
通訊作者簡介：王師，中國科學院大學博士，南京郵電大學化學與生命科學學院，講師，江蘇省“雙創博士”，長期致力于固態電解質、柔性電子與儲能等領域的研究工作。能夠熟練進行聚合物電解質材料的設計、制備與表征及（柔性）儲能器件的制備與表征，善于通過分子設計調控功能聚合物的光電性能和力學性能，掌握柔性電子器件的關鍵制備工藝。發表SCI論文20余篇，包括國際主流期刊Advanced Functional Materials, Fundmental Research, Chemical Engineering Journal, Nature Communications, ACS Materials Letters, Journal of Materials Chemistry A, Journal of Power Sources及ACS Applied Materials & Interfaces等。申請中國發明專利4項，其中2項授權。
通訊作者簡介：王騫，北京大學博士，太原理工大學材料科學與工程學院，副教授，山西國潤儲能科技有限公司技術專家，山西省首批“清北專項計劃”引進人才，2021年度山西省優秀青年基金獲得者（省“優青”，全省共15名，本校5名）。自2016年以來一直從事無機合成和電化學應用研究。在電化學傳感、儲能領域有較多的學習和積累。迄今為止，以第一/共一/通訊作者在Adv. Mater.（2篇），Adv. Funct. Mater.，Energy Storage Mater.（2篇），Nano Energy（ESI高被引論文），Chem. Comm.（3篇），ACS Appl. Energ Mater, ACS Appl. Mater. Interf, J. Power Source, ACS Materials Letters等重要學術期刊上發表論文20余篇。申請發明專利 10 項，已授權專利6項。曾獲北京大學校長獎學金、國家獎學金、優秀科研獎、優秀博士論文（全學院共 10 名）等多項獎勵。多次在國內會議/高校進行學術報告，如：2021 年度材料大會（材料領域頂級會議）受邀作分會邀請報告等。
通訊作者簡介：劉文，北京化工大學理學院教授，博導，國家青年拔尖人才。多年來從事無機功能材料合成和能源應用研究(鋰離子電池、鋰硫電池、電化學催化等)。在博士和博士后期間，分別在北京大學能源材料分析實驗室周恒輝課題組、韓國國立蔚山科學技術大學(UNIST) Jaephil Cho課題組和美國耶魯大學(Yale University) Hailiang Wang課題組從高性能電極和電催化材料的合成、表征及電化學機理研究。這些工作探究了電極表界面結構構筑策略、界面化學相互作用以及表界面電子態(能級、軌道、自旋)的調變規律，以期實現材料功能表界面理性設計與修飾調變的可能。迄今為止，相關工作發表在Nature Commun., PNAS, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.,Nano Lett., Adv. Mater., Adv. Energy Mater.等國際期刊上。
