西安交大徐友龙教授团队在聚合物固态锂电池研究领域取得进展

　　随着高能量密度储能技术的快速发展，锂金属电池因其超高理论比容量，被视为最具潜力的下一代电化学储能体系。然而，当前液态电解质普遍存在可燃性高、界面不稳定及枝晶生长严重等问题，严重制约了锂金属电池的安全性与循环寿命。因此，研究人员致力于开发具有高离子电导率、优异界面稳定性、宽电化学窗口和高安全性的固态电解质，以实现对锂金属负极的高兼容性。其中，通过原位聚合法得到的聚合物电解质兼具液态电解质的高离子电导率与固态电解质的安全性，在改善界面兼容性、抑制枝晶形成及提升电化学稳定性方面表现突出。然而，此类聚合物电解质仍面临界面稳定性差、与高电压正极的匹配性有限、快充能力差等问题。
 

　　针对上述难题，西安交通大学先进储能电子材料与器件研究所徐友龙教授研究团队提出“分子协同工程”的创新策略，提出了一种基于氟化酰胺的深共晶凝胶聚合物电解质(PDEE−UBP)，兼具高安全性、快速离子传输与宽电压稳定窗口。通过对含氟深共晶体系实施原位聚合，电解质获得了优异的本征阻燃性与界面兼容性，显著降低了安全风险。此外，针对凝胶聚合物电解质在界面稳定性和高压适配性方面的不足采用三元协同添加剂策略调控分子间协同作用，在界面化学调控、溶剂化结构优化及宏观电化学性能之间实现了分子层级的精确耦合，构筑了化学稳定、富无机物的固态电解质界面结构，从而实现了高电压兼容与长期循环稳定的统一，为发展高安全、高能量密度的下一代锂金属电池电解质体系提供了新的设计范式与理论依据。实验结果表明，PDEE−UBP电解质表现出优异的综合性能：离子电导率为2.83 mS cm−1(25 °C)，电化学窗口为5.6 V，满足所有高电压正极的需求，且锂离子迁移数高达0.68。采用该电解质的4.5 V钴酸锂电池在3 C倍率下循环1000次后具有92.3%的容量保持率，展现了优异的快充性能和循环稳定性。
 

 

　　近日该研究成果以《氟化共晶聚合物电解质的分子协同工程及其在快充高电压锂金属电池中的应用》(Molecular Synergy Engineering of Fluorinated Eutectic-Based Polymer Electrolytes for Fast-Charging and High-Voltage Lithium Metal Batteries)为题发表在国际能源材料领域著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。电子学院博士生杨浦为论文第一作者，西安交通大学电子学院徐友龙教授为论文通讯作者。西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划的资助。论文测试表征得到了西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台和西安交通大学分析测试共享中心的支持。