近期，新澳门游戏网站入口app赵勇课题组在高比能碱金属电池电解质领域取得新进展，相关成果以“Unlocking Mechanism of Anion and Cation Interaction on Ion Conduction of Polymer Based Electrolyte in Metal Batteries”为题，以全文形式在国际化学顶级期刊《德国应用化学》上发表（Angew. Chem. Int. Ed. 2024, DOI: 10.1002/anie.202415343）。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415343

图1. GPE在Li+溶剂化结构中的离子转移模式示意图。

（左侧：溶剂化的Li⁺被阴离子包围，Li⁺的转移受到阴离子结合的限制。右侧：阴离子与聚酯的EWG结合，Li⁺转移速率快。）

高比能电池是提升电动汽车续航里程的重要技术手段，动力电池安全技术是高比能动力电池应用的前提。三维聚合物基凝胶电解质可以有效抑制有机电解液挥发，提升高比能可充电电池如锂金属电池的安全性，受到人们的广泛关注。然而，三维聚合物基凝胶电解质面临着体相离子电导率低，正负极固体电解质界面层（SEI）稳定性差的问题，因此，凝胶态锂金属电池性能有待进一步提升。

在前期研究中，针对界面不稳定的问题，我们发展了一种新的含硅聚醚三维凝胶聚合物电解质，其可以在锂金属正负极表面形成稳定的富含Li_xSiO_y的SEI，有效地提升凝胶态锂金属电池中电解质与电极界面稳定性，进而提高电池整体的循环稳定性（Small 2022, 2106395）。针对凝胶电解质体相离子电导率低的问题，我们提出了一种新的离子传输路径。通过调控锂离子（Li⁺）在含−NR₃官能团上的配位强度高于聚合物网络和溶剂中的−C=O官能团，Li⁺在GPE（PSOA）中配位强度更强的−NR₃上有序且快速传输（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, 2302559）。

在上述工作的基础上，通过设计四种具有不同吸电子基团（EWG）的交联聚酯，发现加强EWG与阴离子的相互作用可以削弱阴离子与Li⁺的相互作用，对于电解质的高Li⁺转移数（t_Li⁺）和离子导电性至关重要。基于含EWG的聚(2, 2, 3, 3-四氟丙基甲基丙烯酸酯)（PTFM）的凝胶聚合物电解质（GPE）的离子电导率为0.78 mS cm^-1，t_Li⁺为0.85，远高于不含EWG的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。组装的Li||PTFM||NCM811全电池在面容量为5.5 mAh cm^-2 的稳定循环寿命是参比器件Li||PMMA||NCM811的5 倍。同时，组装的石墨||PTFM||NCM811软包锂离子电池在循环500 次后（220 Wh kg^-1），容量保持率达到 92%。这项工作解析了阳/阴离子相互作用对聚合物基凝胶电解质离子传输的影响机制，对于开发具有高安全性高比能碱金属电池提供了理论和技术支撑（Angew. Chem. Int. Ed.  2024, DOI: 10.1002/anie.202415343）。

河南大学新澳门游戏网站入口app博士研究生张琦和卞腾飞为论文共同第一作者，赵勇教授为论文通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金委、河南省科技厅、河南省教育厅和河南大学的大力支持。