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文 章 信 息
氯驱动的卤化工程策略实现准固态聚合物电解质的氧化稳定性/离子传输平衡
第一作者：罗飘，宋心
通讯作者：崔志明*，刘军*
单位：华南理工大学
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研 究 背 景
聚醚类固态/准固态电解质因与金属锂的优异相容性、柔性和可加工性，被视为实现高能量密度锂金属电池的关键电解质材料。然而，该体系长期受两大核心问题限制其实际应用：
❶ 室温离子电导率偏低（通常 < 10⁻³ S cm⁻¹）
导致低倍率性能及高速充电困难。
❷ 高电压下易发生氧化分解（4.0–4.3 V 即可明显降解）
这两类问题形成“性能悖论”：增强氧化稳定性会降低 Li⁺ 迁移，而提升离子导电性又会削弱稳定性。因此，一个同时实现：高电压稳定性，高离子导电性的策略，对聚醚固态电解质至关重要。
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文 章 简 介
近日，来自华南理工大学的崔志明教授与刘军教授团队在国际顶级期刊 Angewandte Chemie International Edition 上发表重要研究成果“Balancing Oxidative Stability and Ion Transport in Quasi-Solid Polymer Electrolytes via Chlorine-Driven Halogenation Engineering”。团队提出了一种新颖的氯驱动卤化工程策略，通过精确调控聚醚骨架中醚氧原子的电子环境，巧妙地解决了氧化稳定性与离子传输速率之间的矛盾。研究发现，氯（-Cl）元素具有最均衡的吸电子效应，该策略不仅有效抑制了导致电解质分解的副反应，还将电化学稳定窗口拓宽至5.0 V，同时实现了高达1.14 mS cm⁻¹的优异离子电导率。基于该策略开发的氯化聚醚电解质（PCMO）在多种电池体系中表现卓越，尤其在2 Ah软包电池中，于4.4 V高电压下稳定循环超过1000次，展现了巨大的商业化应用潜力。
图1. 高电压条件下聚醚基电解质中的分子相互作用示意图。a) 聚醚基电解质在高于4V截止电压下的降解机理。b) 聚醚基电解质在高于4.3V截止电压下的降解机理。c) 用于增强聚醚基电解质氧化稳定性的卤化策略机理。d) 本文所述的卤化聚醚基电解质与文献报道的其他聚醚基电解质在离子电导率和电化学稳定窗口方面的性能比较。
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本 文 要 点
要点一：精妙的卤化工程：为何“氯”是最佳选择？
该研究系统比较了氟（-F）、氯（-Cl）和溴（-Br）三种卤素的调控效果。研究发现，氯具有最适中的吸电子能力。这种“恰到好处”的效应，既能削弱锂离子与聚醚链段的过度配位，实现快速的离子传输；又不像氟那样因吸电子能力过强导致锂盐解离困难，也不像溴那样因效应太弱而无法有效提升稳定性。因此，氯化聚醚电解质（PCMO）在离子电导率（1.14 mS cm⁻¹）和锂离子迁移数（0.71）方面均表现最佳。
图2. 卤化策略对聚醚基电解质中Li⁺传输影响的机理分析a) 聚醚基电解质中Li⁺配位与电导率的示意图。分子层面描绘了在PDMO、PBMO、PCMO和PFMO中Li⁺与醚氧单元的相互作用，重点突出了配位强度和离子传输行为。b) PDMO、PBMO、PCMO和PFMO中聚合物链段的静电势密度分布。c) 计算得出的PDMO、PBMO、PCMO和PFMO中醚氧原子的静电势值。d) Li⁺与PDMO、PBMO、PCMO和PFMO重复单元配位的优化结构及其相应的结合能（ΔE）。e) 计算得出的PDMO、PBMO、PCMO和PFMO中Li─O的径向分布函数g(r)和配位数（CNs）。f) 计算得出的PDMO、PBMO、PCMO和PFMO中的Li⁺扩散系数。
要点二：出色的高电压稳定性与界面行为
通过卤化策略，聚合物的最高占据分子轨道（HOMO）能级被有效降低，从而显著提升了其本征抗氧化能力。线性扫描伏安法（LSV）测试表明，PCMO的氧化稳定性窗口高达5.0 V。在对称电池测试中，Li/PCMO/Li电池能够在0.5 mA cm⁻²的电流密度下稳定循环超过2500小时，显示出对锂枝晶的卓越抑制能力。这得益于PCMO能够诱导形成富含LiCl和LiF等无机组分的稳定固态电解质界面膜（SEI），该界面膜不仅化学性质稳定，而且离子电导率高，为锂金属负极提供了优异的保护。
图4. 聚醚基电解质的稳定性与电化学性能研究。a) 计算所得的聚合物电解质（PDMO、PBMO、PCMO、PFMO）及其与LiTFSI复合物的HOMO和LUMO能级。b) PDMO、PBMO、PCMO和PFMO的LSV曲线。c) PDMO、PBMO、PCMO和PFMO在4.5 V恒定电压下的计时电流法曲线。d) 使用不同电解质的Li//Cu电池中，锂电镀/剥离的库伦效率。e) 使用PCMO的Li//Cu电池的电压曲线。插图为首次循环的电压曲线，用于评估锂的成核过电势。f) 使用不同电解质的Li//Li对称电池在0.5 mA cm⁻²电流密度和0.5 mAh cm⁻²容量下的长循环性能。g), h), i) 图4f中电压曲线的放大图，分别展示了在 g) 250–270小时, h) 1000–1020小时, 以及 i) 2000–2020小时期间的过电势演变情况。
要点三：全电池中的优异性能与实用化潜力
PCMO在多种全电池体系中展示了其“全能”特性：
磷酸铁锂（LFP）电池： 在2C的高倍率下，稳定循环超过2000圈，容量保持率高达76%。
高电压钴酸锂（LCO）电池： 在4.5V的苛刻电压下，循环200次后容量保持率仍有85.3%。低温性能： 在-10°C的低温环境中，NCM622电池依然能够可靠运行。
软包电池验证： 最令人瞩目的是，一个2 Ah的NCM613/石墨软包电池在4.4 V下循环1000次后，容量保持率仍高达70.1%，充分证明了该技术的商业化应用前景。
图6. 全电池的电化学性能与表面分析。a) LFP/PDMO/Li 和 LFP/PCMO/Li 电池的倍率性能。b) 使用PDMO和PCMO的LFP//Li全电池在2 C倍率下的循环性能。c) 使用PDMO和PCMO的NCM622//Li全电池在1 C倍率下的循环性能。d) NCM622/PCMO/Li电池在-10 °C下的循环性能。e) NCM622/PCMO/Li软包电池在0.3 C下的循环性能。f) LCO/PCMO/Li电池在1 C倍率、3–4.5 V电压范围内的循环性能。g) NCM613/PCMO/Gr（石墨）2 Ah软包电池在1 C下的性能。h) 石墨负极电池的性能对比。相关参考文献见表S1。i) 和 j) 分别使用PDMO和PCMO的电池在循环后，其正极表面的ToF-SIMS深度剖面分析。
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文 章 链 接
Balancing Oxidative Stability and Ion Transport in Quasi-Solid Polymer Electrolytes via Chlorine-Driven Halogenation Engineering
https://doi.org/10.1002/anie.202521087
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通 讯 作 者 简 介
崔志明，华南理工大学教授、博士生导师。入选国家“海外高层次引进人才”青年项目，广东省“珠江学者”特聘教授。崔志明教授于2010年在中科院长春应用化学研究所获得博士学位，随后在新加坡南洋理工大学、美国康奈尔大学、美国德州大学奥斯汀分校做博士后研究，2017年加入华南理工大学化学与化工学院。主要从事固态电池和电催化的研究，包括聚合物电解质、氧化物电解质、锂金属负极、硅基负极、石墨负极等，并取得了系列重要研究成果。迄今已在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Adv. Mater.，Adv. Energy Mater.，Nano Lett.，ACS Nano等专业期刊发表SCI论文100余篇，参编中英文专著3部，申请专利20余项，主持和参与科技部重点研发、国家自然基金项目，省级基金项目以及企业委托项目等近20项。课题组主页：https://www2.scut.edu.cn/zmcui/main.htm
刘军，华南理工大学教授，博士生导师。2010年博士毕业于大连理工大学，2012-2015年在澳大利亚迪肯大学和德国马普学会固体研究所从事锂离子电池、固态电池等新型储能材料与器件研究工作。2016年回国工作，入选国家海外高层次人才青年项目、广东省珠江人才计划资助。迄今为止已在Joule、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci. 等著名学术刊物上发表SCI论文200余篇（第一/通讯作者150余篇），其中25篇入选ESI高被引论文，总被引用16000余次。申请国家发明专利20余项，已授权10项。任学术期刊InfoMat、eScience、Rare Metals、Energy Materials Advances、《中国材料进展》等编委/青年编委。曾获2023年中国化工学会科学技术奖基础研究成果奖一等奖（排名第一），2022年广东省自然科学一等奖（排名第三）、2020年湖南省自然科学一等奖（排名第三）、科睿唯安“全球高被引科学家”、全国百篇优博论文提名奖等奖励。
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第 一 作 者 简 介
罗飘，华南理工大学2022级博士生。主要从事无机固态电解质，有机固态电解质以及复合固态电解质等研究。目前以第一作者在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater. 等知名专业期刊发表SCI论文5篇。授权专利2件。
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课 题 组 招 聘
华南理工大学崔志明课题组诚聘博士后
一、研究方向
1. 固态电池：固体电解质（锂/钠离子导体）和锂/钠金属负极；
2. 电催化：氢-电转换相关的催化剂设计和催化反应机理；
3. 与上述两个方向相关的计算和模拟。
二、招聘条件
1. 获得博士学位不超过3年的博士，或通过博士学位论文答辩的应届博士，年龄在35周岁以下；
2. 对电化学/新能源材料有浓厚的兴趣，具有扎实的学术训练背景；
3. 具备良好的英语写作能力，发表过高水平研究论文者优先。
三、聘期待遇
1. 学校提供26—32万元人民币的岗位年薪，并参照校内同级人员的标准为博士后缴纳“五险一金”；
2. 合作导师将根据工作表现另外给予博士后生活补贴或绩效奖励 （2-6万/年），并协助其申请各类自然科学基金和人才计划；
3. 博士后科研成果按学校科研奖励规定享受科研奖励；
4. 按学校规定为博士后提供租住公寓或租房补贴，博士后子女享受学校教职工子女入托、入学同等待遇；
5. 在站博士后成绩突出者，可破格申报副高职称；出站时成绩突出者可申请留校；出站留校一年后可破格认定正高职称，经学校认定后安排相应编制。
四、应聘方式
申请者请将以下资料通过邮箱发送到zmcui@scut.edu.cn (崔志明)：
1. 个人简历（包含学习和工作经历、发表论文、参与项目等）；
2. 代表性论文以及其他可以证明本人研究能力及水平的相关资料
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备注【姓名-机构-研究方向】
投稿请联系contact@scimaterials.cn
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