近期，中科院金屬所沈陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部新型電化學材料與器件團隊在聚環(huán)氧乙烷基高性能電解質(zhì)和固態(tài)電池方向取得了進展。針對聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電解質(zhì)中鋰離子電導率和遷移數(shù)較低的問題，利用多硫化鋰的穿梭效應，通過原位電化學還原聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯（PEGMA）與硫的共聚物，制備了-S4Li接枝的聚環(huán)氧乙烷固態(tài)電解質(zhì)，從而實現(xiàn)快速的鋰離子傳輸，并有效改善界面穩(wěn)定性，使得全固態(tài)聚合物鋰電池在50°C下表現(xiàn)出高達1200圈的超高循環(huán)穩(wěn)定性。
近年來，鋰電池作為儲能器件在手機、筆記本電腦及電動汽車等領(lǐng)域的應用十分廣泛。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池越來越接近其能量密度的極限，使用易燃有機電解液也使其安全性受到嚴峻的考驗。因而，亟需開發(fā)下一代兼具高能量密度和高安全性的電化學儲能器件。固態(tài)電池是采用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)的新型電化學儲能器件，其具有安全性能高和能量密度高的特點。目前，研究者們已經(jīng)開發(fā)了聚合物固態(tài)電解質(zhì)、無機固態(tài)電解質(zhì)及復合型固態(tài)電解質(zhì)等多種研究體系。其中，聚環(huán)氧乙烷（PEO）因其輕質(zhì)、易成膜以及與電極間良好的界面接觸等特點，被廣泛應用于固態(tài)電解質(zhì)的研究。
針對聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電池需要在較高溫度（50~70°C）下使用，而在室溫及低溫下難以工作的問題，研究人員從鋰離子傳輸?shù)奈⒂^尺度出發(fā)，以有機小分子丁二腈（SN）替代常規(guī)的無機填料，通過調(diào)控丁二腈和環(huán)氧乙烷（EO）的摩爾比，在有效抑制聚環(huán)氧乙烷結(jié)晶并弱化環(huán)氧乙烷與鋰離子結(jié)合力的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了離子傳輸尺度上均質(zhì)且快速的離子通路的形成。當丁二腈和環(huán)氧乙烷的摩爾比調(diào)控為1:4時，固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率提升了兩個數(shù)量級，固態(tài)電池在室溫和低溫下（0°C）下也表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。
上述工作近期發(fā)表在Nano Energy（2020,75,10497）和Advanced Functional Materials（2020, 30, 2007172）。工作獲得了國家自然科學基金、中科院青促會項目、中科院先導項目和國家重點研發(fā)計劃等的資助。