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  固態(tài)鋰金屬電池（LMBs）因其高能量密度和安全性被視為下一代儲(chǔ)能器件的重要發(fā)展方向。在固態(tài)電解質(zhì)中，聚碳酸酯基電解質(zhì)因其較寬的電化學(xué)窗口和較高的離子電導(dǎo)率，相較于傳統(tǒng)固態(tài)聚合物電解質(zhì)表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢，成為極具潛力的候選材料。然而，聚碳酸酯電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極之間存在的嚴(yán)重界面副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致聚合物界面降解，進(jìn)而影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和性能。這一關(guān)鍵問題限制了聚碳酸酯基電解質(zhì)在固態(tài)鋰金屬電池中的實(shí)際應(yīng)用。因此，深入探究聚碳酸酯與鋰金屬的界面反應(yīng)機(jī)制，并開發(fā)有效的界面穩(wěn)定策略，對(duì)于推動(dòng)高性能固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展具有重要意義。

  近期，武漢理工大學(xué)徐林教授團(tuán)隊(duì)與新加坡國立大學(xué)Chaobin He教授團(tuán)隊(duì)合作，通過氟代丙烯酸酯單體和碳酸亞乙烯酯（VC）單體的原位共聚設(shè)計(jì)，成功制備出具有優(yōu)異界面穩(wěn)定性和電化學(xué)性能的聚酯基電解質(zhì)PTV-SPE。該聚合物電解質(zhì)可通過原位側(cè)鏈錨定作用屏蔽并保護(hù)環(huán)狀碳酸酯結(jié)構(gòu)上的酯基，有效抑制聚碳酸酯基電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極的界面降解，從而提升固態(tài)電池的界面穩(wěn)定性。此外，本研究首次結(jié)合TOF-SIMS、XPS和AIMD等方法，系統(tǒng)研究了聚碳酸亞乙烯酯基聚合物電解質(zhì)在鋰金屬界面的降解路徑。相較于已有研究，該工作提出了提高聚碳酸酯基電解質(zhì)穩(wěn)定性的新策略，為聚合物基固態(tài)鋰金屬電池的發(fā)展提供了新思路。該工作以“Anchoring Side Chains to Carbonate Groups for Reviving Stable Polycarbonate-Based Solid-State Lithium Metal Batteries”為題發(fā)表在《Journal of the American Chemical Society》上。文章第一作者是Hantao Xu，Wei Deng，Jingyuan Yu。文章第一單位是武漢理工大學(xué)。該研究得到國家自然科學(xué)基金委的支持。

圖1. 固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)性能。

圖2. 固態(tài)電解質(zhì)界面穩(wěn)定性。

圖3. 固態(tài)鋰金屬電池性能。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00760

通訊作者簡介

  徐林，武漢理工大學(xué)材料復(fù)合新技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師，入選國家級(jí)高層次青年人才項(xiàng)目。2013年在武漢理工大學(xué)獲博士學(xué)位，隨后在美國哈佛大學(xué)（2013-2016）和新加坡南洋理工大學(xué)（2016-2017）從事博士后研究。主要從事納米儲(chǔ)能材料與器件研究，包括固態(tài)電池、水系電池等高安全電池體系，重點(diǎn)圍繞納米材料界面的設(shè)計(jì)構(gòu)筑、原位表征及電化學(xué)性能。研究成果發(fā)表在Nature Nanotech., Nature Commun., Adv. Mater., JACS, Angew. Chem., Adv. Energy Mater., Nano Lett., Chem, Joule等學(xué)術(shù)期刊。曾獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)、教育部自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、湖北省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)等科研獎(jiǎng)勵(lì)。

  Chaobin He, 新加坡國立大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授，博士生導(dǎo)師，同時(shí)擔(dān)任新加坡科技研究局（A*STAR）材料研究與工程研究院（IMRE）首席科學(xué)家。于1994年在英國劍橋大學(xué)材料科學(xué)與冶金系獲得博士學(xué)位，隨后在劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室和美國南密西西比大學(xué)從事博士后研究。1999年加入IMRE，2010年起在新加坡國立大學(xué)任教。主要從事聚合物基復(fù)合材料、功能性納米復(fù)合材料和綠色可持續(xù)材料的研究，涵蓋熱塑性纖維增強(qiáng)復(fù)合材料、氫/氨儲(chǔ)運(yùn)復(fù)合材料、綠色塑料增韌、固態(tài)電池和熱電材料等方向。研究成果發(fā)表在Adv. Mater., JACS, Adv. Sci., ACS Macro Lett., Carbon, Macromolecules等期刊。