固态电池周报，原位聚合技术突破高电压/高倍率金属电池电解质瓶颈

电解质

近日，新加坡国立大学陈伟、杨进林、新加坡科技研究局高性能计算研究所 Wu Gang 团队在《JACS》发表题为“Stabilizing Residual Monomers within In Situ Polymerized Electrolytes for High-Voltage Lithium Metal Batteries”的研究论文，采用LiDFOB引发的原位聚合可以稳定残留单体，从而克服PDOL基电解质的氧化相关限制。LiDFOB在PDOL基电解质中展现出双重功能：引发聚合以及稳定残留单体。它能够促进形成热力学稳定的Li⁺-溶剂化结构，并通过聚合物-单体簇的相互作用，解决PDOL电解质的氧化稳定性限制，提升其与高电压正极的兼容性。通过调节Li⁺-溶剂化结构的电荷分布以及增强DOL单体与PDOL聚合物链之间的相互作用，这种方法提高了离子电导率，并有助于形成坚固且均匀的CEI。

上海交通大学黄富强团队在《Advanced Energy Materials》上发表题为“In Situ Polymerized Localized High-Concentration Electrolytes for Ultrahigh-Rate Sodium Metal Batteries”的研究论文，通过局部高浓度溶剂化的结构设计和稀释剂原位聚合形成的IS-LHCE具有卓越的性能，IS-LHCE明显改善了钠金属电池的循环稳定性，在10C倍率下循环3000次后，容量保持率达到90.8%。这种将局部高浓度电解质的概念与原位聚合物电解质相结合以优化聚合物电解质性能的设计策略为聚合物电解质的设计提供了一种新思路。

香港城市大学支春义、吕海明等人在《Advanced Materials》发表题为“In Situ Polymerized Polyfluorinated Crosslinked Polyether Electrolytes for High‐Voltage Lithium Metal Batteries”的研究论文，通过DOL与OFHDBO共聚反应，开发出了一种具有卓越氧化稳定性和良好界面相容性的原位聚合多氟化交联聚醚电解质（PDOL-OFHDBO）。具有吸电子性的多氟化基团有效地降低了聚合物基体的溶剂化能力，从而形成了一种由阴离子衍生的、富含无机物的SEI，确保了锂均匀沉积。

南开大学赵庆，上海空间电源研究所李永等人在《Journal of the American Chemical Society》上发表题为“Regulating Amine Substitution in Fluorosulfonyl-Based Flame-Retardant Electrolytes for Energy-Dense Lithium Metal Batteries”的研究论文，该工作设计了四种具有烷基或胺基取代的弱锂离子溶剂化不可燃氟化砜电解质溶剂。胺基取代体系表现尤为突出，形成的双层固态电解质界面相（SEI）由盐诱导的内层和溶剂衍生的外层构成，在长期循环（99.71%）和Aurbach方法（99.80%）表征中均实现了最高的锂沉积/剥离库仑效率。所构建的Li||NMC811全电池在薄锂负极和低电解液/正极比条件下展现出超过7个月（容量保持率>80%）的日历寿命，且工作温度范围可低至-50℃。此外，能量密度达495.5 Wh kg^-1的锂金属软包电池在150次循环后仅出现2.7%的电池膨胀，表现出优异的长循环稳定性。因此，该工作为开发高安全性、长循环寿命的高能量密度锂金属电池电解质提供了一种极具前景的设计策略。

美国东北大学Huidong Dai，Sanjeev Mukerjee在《ACS Nano》发表题为“Luisa Gomes, et al, Solvent Dynamics in Gel Polymer Electrolytes for Lithium−Sulfur Batteries”的研究论文，系统地比较了三种不同的电解质，二甲氧基乙烷(DME)、二甲基亚砜(DMSO)和四甘醇二甲醚(TEG DME)-与PCL配对，以关联不同的溶剂性质及其对GPE物理性质的影响，在Li⁺运输和溶剂化以及多硫化物限制方面，为实际储能应用的先进电解质系统的设计提供了有价值的见解。

负极

南京航空航天大学张腾飞，东南大学章炜，复旦大学余学斌等人在《Nature Communications》上发表题为“Dynamic volume compensation realizing Ah-level all-solid-state silicon-sulfur batteries”的研究论文，该工作通过动态体积补偿策略，成功实现了硅-硫全电池的应力中和，显著提高了电池的性能和稳定性。该策略利用硅和硫电极的体积变化特性，通过精确的结构优化和实时应力监测，有效降低了电池内部的应力变化。实验结果表明，这种设计不仅提高了电池的比能量和循环稳定性，还改善了界面稳定性和锂离子传输效率。此外，该策略在宽温度范围内表现出良好的性能，并且在电池组设计和Ah级样品中展示了实际应用的潜力。因此，该研究为解决硅基负极的体积变化问题提供了新的思路，并为全固态锂离子电池的发展提供了重要的理论和实验支持。

测试分析

美国加州大学尔湾分校忻获麟团队在《Journal of the American Chemical Society》发表题为“Nanoscale Origin of the Soft-to-Hard Short-Circuit Transition in Inorganic Solid-State Electrolytes”的研究论文，该研究通过具有高时空分辨率的原位电子显微镜，阐明了无机SSEs中软-硬短路转变的纳米级起源。研究发现，以动态可逆的非法拉第电子击穿为特征的软短路，源于纳米级析出Li⁰的瞬态互连和局部熔化，最终演变为以电子泄漏放大为标志的硬短路。这一失效机制在NASICON型和石榴石型无机SSEs中普遍存在。通过将柔性聚合物网络引入刚性无机SSEs以抑制电子泄漏并保持离子传输，研究人员证明了电解质稳定性和循环性能的显著提升。这种新的机理解析和概念验证策略，为设计用于高能量密度、长寿命ASSBs的下一代SSEs提供了广泛适用的框架。

上海科技大学于奕团队在《Journal of the American Chemical Society》上发表题为“Ptychographic Observation of Lithium Atoms in the Irradiation-Sensitive Garnet-Type Solid Electrolyte at Sub-Ångström Resolution”的研究论文，研究表明，低剂量四维扫描透射电子显微镜（4D-STEM）与多片层叠层成像（ptychographic）重建方法的结合能够实现亚埃分辨率，并直接观察到c-LLZO中锂原子的分布，同时获得了锂在深度方向上的分布特征。这项工作为研究辐照敏感晶体中轻元素的分布提供了原子尺度的见解，为探究微观结构与性能之间的关系铺平了道路。

综述：

中山大学卢侠教授在《Energy Storage Materials》发表综述“Argyrodite based all-solid-state-batteries: recent advances and perspective”，综述了硫化物固态电解质Li6PS5Cl（LPSC）的现状与发展、LPSC与聚合物复合的电解质膜的制备，论述了基于LPSC的固态电池的正负极界面问题以及应对策略，并讨论了如何选择应用于固态电池的电极材料，并对研究固态电池的一些表征手段、计算模拟方法做出了归类，在应用基础研究阶段初步总结了以下几个研究重点：界面扩散机理、新正极或改进的现有正极、新型硫化物电解质及硫化物基复合电解质、锂合金负极、新的固态电池结构。