南京大学李承辉、金钟教授在Angew上发表固态锂电池新进展

摘要：近日，南京大学化学化工学院李承辉教授团队联合金钟教授团队在化学类顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表了题为“金属有机-配位增强的金属聚合物电解质助力宽温域固态锂金属电池（Metal-Or

导读

近日，南京大学化学化工学院李承辉教授团队联合金钟教授团队在化学类顶级期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）发表了题为“金属有机-配位增强的金属聚合物电解质助力宽温域固态锂金属电池（Metal-Organic Coordination Enhanced Metallopolymer Electrolytes for Wide-Temperature Solid-State Lithium Metal Batteries）”的研究论文。南京大学化学化工学院为唯一单位，李承辉教授和金钟教授为论文的共同通讯作者，南京大学副研究员赵培臣和博士研究生王耀达为论文共同第一作者。

正文

锂金属阳极（LMAs）具有超高的理论容量（3860 mAh g-1或2061 mAh cm-3）和超低的氧化还原电化学电位（-3.04 V vs标准氢电极）。然而，LMAs的实际应用面临着与商业液体电解质相容性差的巨大挑战。为了克服LMAs的棘手问题，采用固态电解质（SSE）取代液体电解质已经成为一种有希望的解决方案。现有的无机陶瓷电解质（ICEs）、固态聚合物电解质（SPE）以及复合聚合物电解质（CPE）面临着同时满足机械强度与柔韧性、高热稳定性、低玻璃化转变温度（Tg）、高离子电导率、高锂离子迁移数和宽电化学稳定窗口（ESW）等理想特性的挑战。这些材料往往难以在所有这些关键性能指标上达到均衡，限制了它们在高性能全固态锂金属电池（LMBs）中的应用潜力。

用配位键交联高分子材料有两大优点。一是配位键的动态性能赋予高分子材料自适应、自修复、可回收等动态性质；二是金属离子的功能性能赋予高分子材料发光、磁性、介电、催化等各种特殊的功能。因此，本研究基于动态配位键利用钼（Mo）桨轮配合物作为四齿连接体，在分子水平上连接有机和无机组分，并合成了一种结构新颖的金属聚合物。基于这种金属聚合物与LiFSI复合，获得了一种在室温条件下具有高离子电导率（0.712 mS cm-1）、高离子迁移数（=0.625）及较宽的电化学稳定性窗口（＞5v）的金属-有机配位增强的聚合物电解质（MPE），用于构建高性能的全固态锂金属电池（LMBs）。金属聚合物中的Mo≡Mo单元存在配位不饱和位点可以有效地吸附双（氟磺酰基）亚胺阴离子（FSI-），促进Li盐的解离，释放出更多的自由Li+，还可以促进FSI-的分解。这些特征有利于提高离子电导率，增加锂离子迁移数，构建固体电解质界面层。此外，动态金属-有机配位键赋予MPE可再加工性和自修复能力，使其能够适应电极体积变化并保持良好的界面接触。这一策略利用金属-有机配位策略避免了现有CPE的缺点，突破了以往聚合物电解质设计策略的局限性。

据悉，该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基础科研经费等基金的支持。