Angew. Chem. ：基于氟化交联聚醚电解质的高压长循环固态锂金属电池

基于聚合物电解质的固态锂金属电池是最有前景的兼具高能量密度和高安全性的下一代电池系统之一。然而，目前应用最为广泛的聚醚类聚合物电解质对锂金属负极稳定，但存在易氧化分解且无法在正极表面形成稳定的界面层（CEI）的问题，大大限制了聚醚电解质在高压锂金属电池中的实际应用以及电池系统能量密度的进一步提升。

近日，南开大学陈永胜教授团队基于氟化交联策略发展了一种新型聚合物电解质FGPE。这种氟化交联聚醚电解质可通过阳离子开环于电池内原位制备，对高压正极和锂金属负极都展现出优异的相容性，制备得到的Li|| LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ (NMC622)电池实现了1000圈的超长稳定循环。

图（a）为通过原位阳离子开环聚合反应制备FGPE示意图。通过在聚合物交联网络中引入吸电子的三氟甲基能够降低聚合物的最高占据分子轨道（HOMO）能，显著提升了FGPE的氧化稳定电位（5.1 V，图c）。此外，氟化后的FGPE具有更优的锂离子传输性能（离子电导率3.98 mS cm^-1，图d）和锂负极稳定性，基于FPGE的Li||Li对称电池具有超过2000小时的超长循环寿命（图e）。

基于FGPE的Li|FGPE|NCM622电池在4.3 V下表现出优异的循环稳定性，实现了1000圈稳定循环，是目前聚醚基Li||NMC622电池最好的循环性能。当充电截止电位提升至4.7 V时，基于FGPE的Li||NMC622电池展现出超过210 mAh/g的高比容量，实现了聚醚类固态锂金属电池的最高充电截止电位，可以进一步提升高压固态锂金属电池的能量密度。此外，通过原位聚合技术将FGPE电解质与商业化锂电池生产线相结合，首次实现了工业级固态18650圆柱锂电池的成功制备。这类具有真正应用价值的固态18650电池展现出1.3Ah的大容量、500圈的优异循环稳定性以及可以通过严苛针刺测试的高安全性。

最后，作者发展的氟化取代和原位交联的聚醚电解质设计策略，为高电压、高能量密度固态锂金属电池的真正商业化应用提供了一种行之有效的解决方案。

论文信息

Long-cycling and High-voltage Solid State Lithium Metal Batteries Enabled by Fluorinated and Crosslinked Polyether Electrolytes

Jie Zhu, Ruiqi Zhao, Jinping Zhang, Xingchen Song, Jie Liu, Nuo Xu, Hongtao Zhang, Xiangjian Wan, Xinyi Ji, Yanfeng Ma, Chenxi Li, Yongsheng Chen

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202400303