吉晓燕教授、张锁江院士AM：固体聚合物电解质与高兼容性正极-电解质界面协同作用实现4.8V锂金属电池稳定循环

第一作者：李佳佳

通讯作者：吉晓燕*，张锁江*

单位：吕勒奥工业大学，中科院过程工程所

相较于采用石墨负极和有机电解液的传统锂离子电池，固体聚合物电解质锂金属电池具有更高的能量密度和更优的安全性。然而，实现锂金属电池的长循环寿命并兼容高电压正极，关键在于构建高兼容性的正极-固体聚合物电解质界面，而不仅仅是优化单个电池组件。

基于此，来自吕勒奥工业大学吉晓燕教授与中科院过程工程所张锁江院士合作，在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Solid Polymer Electrolyte with Compatible Cathode-Electrolyte Interfacial Design Enabling Lithium Metal Batteries Operation at 4.8 V with Long Cycle Life”的研究论文。该文章提出了一项新策略同时改善了正极与固态聚合物电解质的物理/化学/电化学兼容性。得益于这一优化设计，Li||LFP 电池在超过 1100 次循环后仍保持稳定运行，而 Li||NCM811 电池在4.8 V 下亦展现出优异的循环稳定性。

本研究提出了一种双功能聚离子液体（PolyIL）基材料，该材料兼具固体聚合物电解质基体和正极粘结剂的双重作用，凭借其高离子电导率和宽电化学稳定窗口，构建了具有优异（电）化学兼容性的正极-固体聚合物电解质界面。

要点二：构建复合固态聚合物电解质提升电化学性能

研究团队通过引入改性醋酸纤维素（CA）基 PolyIL 作为固体聚合物电解质基质，该材料富含C=O 和-OH 亲锂基团，不仅能有效促进 Li⁺ 迁移，还能增强固体聚合物电解质的机械强度。

要点三：原位聚合策略组装电池

研究团队采用原位聚合策略组装电池，进一步提升了正极-固体聚合物电解质界面的物理兼容性。

要点四：提出PolyIL基粘结剂的性能提升机制

PolyIL基粘结剂通过优化离子扩散路径、增强界面润湿性、提高电极-电解质界面稳定性、降低电池内阻以及构建稳定的正极电解质界面相，有效提升了电池的电化学性能、循环寿命及库仑效率，显著优于传统 PVDF粘结剂。

Solid Polymer Electrolyte with Compatible Cathode-Electrolyte Interfacial Design Enabling Lithium Metal Batteries Operation at 4.8 V with Long Cycle Life

吉晓燕，吕勒奥工业大学教授，于2000年获得化学工程博士学位，在化学工程和能源工程领域拥有超过25年的研发经验。分别参与中国、瑞典、德国和美国的研究小组项目。研究工作为从理论建模到技术开发，以及过程仿真和评估。2008年在吕勒奥理工大学能源科学系开始工作，并创建了“能源应用的先进流体材料”研究小组，重点研究CO₂捕获/分离、CO₂电化学转化、电池用先进电解质以及通过电化学过程耦合产氢的木质素转化。在Chem Soc. Rev., Appl. Energ., Environ. Sci. Technol., ACS Appl. Mater. Interfaces, Green Chem.等期刊发表论文200余篇。

李佳佳，2013年获得黑龙江科技大学工学学士学位。2016年获得兰州理工大学材料科学硕士学位，师从康龙教授、孔令斌教授及刘卯成副教授。2016年6月加入中国科学院过程工程研究所。2020年加入瑞典吕勒奥理工大学攻读博士研究生，从事固态聚合物电解质与电极材料研究。以第一作者在Advanced Materials，Advanced Functional Materials，Chemical Engineering Journal, Green Chemical Engineering等期刊发表SCI论文10余篇。