（文章來源：孜然學術）
崔光磊教授等人制備了具有優異性能且高安全性的液體高壓鋰金屬電池，室溫下循環200次，當循環電壓在3.0到4.5V之間時，具有85%的容量保持率。本文的方法為設計固態高壓鋰金屬電池提供了新思路。

固體聚合物電解質（SPEs）被認為是解決液體高壓鋰金屬電池（HVLMBs）的安全性和循環性能的關鍵之一，但至今為止商業化發展仍然受限于較低的電導率和界面相容性差等問題。近日，中科院青島生物能源所崔光磊教授與馬君副研究員借助聚偏氟乙烯-聚醋酸乙烯酯（PVDF-PVAC）剛柔并濟的組合制備SPEs，同時選擇性的被環丁砜（TMS）浸潤，從而制備了具有優異性能且高安全性的液體高壓鋰金屬電池。相關論文以題為“Selectively Wetted Rigid–Flexible Coupling Polymer Electrolyte Enabling Superior Stability and Compatibility of High-Voltage Lithium Metal Batteries”發表在Adv. Energy Mater.上（影響因子22.884）。

隨著對高能量密度儲能系統的需求不斷增加，高壓鋰金屬電池（HVLMBs）受到廣泛關注。尤其是LiCoO2（LCO）由于高電壓平臺和高能量密度，是高端便攜式電子產品中最好的正極材料之一。然而，LCO基HVLMBs的循環壽命和安全性受到了高壓LCO正極和Li金屬負極與易燃有機電解液之間的界面相容性。此外，由于聚丙烯（pp）等普通隔膜不能避免鋰枝晶的穿透，從而無法避免電池短路的風險。

固體聚合物電解質具有足夠的力學性能、寬的電化學窗口和優異的安全性能，能夠很好的解決上述HVLMBs中所遇到的挑戰。但問題依然存在：SPEs在室溫下離子電導率低（小于10-5 S cm-2）且與正負極界面不相容。鑒于此，一般策略是在SPE中加入有機電解液或者制備凝膠電解質，不僅提高了SPE的室溫離子電導率，也提高了SPE和電極之間的界面潤濕性。不幸的是，易燃有機電解液的加入顯著降低了聚合物電解質的力學性能。

其中， 低易燃添加劑選擇性潤濕的剛性-柔性電解質可能是獲得優異性能的可行策略之一，剛性-柔性混合已被清楚地證明是高性能固體聚合物電解質的一種有前途的設計策略。柔性鋰離子導體(如聚合物電解質)和剛性支撐材料（如無機電解質）的協同作用使SPEs具有高離子電導率、優異的力學性能和良好的界面相容性。如果所選添加劑如果只能選擇性地潤濕柔性電解質，而與剛性電解質無反應，則柔性材料的離子電導率和界面接觸以及剛性材料的高力學性能的保存可以同時實現。更加重要的是，利用添加劑之間特定的分子間相互作用，可以靈活地設計出一系列綜合性能更好的聚合物電解質。因此，選擇性潤濕的剛性-柔性電解質策略將有望實現具有高室溫離子電導率、力學性能和安全性的SPEs。

因此，作者使用的以PVDF/PVAC/LLZTO CPE選擇性地被微量（5L cm-2）TMS潤濕為主要方法，構造了高達4.5V的LCO基HVLMBs。其中，剛性PVDF/LLZTO保持足夠高的機械強度，柔性PVAC/TMS具有較高的離子電導率和電化學穩定性窗口。此外，在正極表面具有低燃性、高粘度和良好的負極穩定性的TMS將提高電極/電解質界面的相容性和安全性。更重要的是，由于PVDF和PVAC與TMS的分子間相互作用差異明顯，TMS只能選擇性地潤濕PVDF/PVAC基CPE中的PVAC，有助于提高Li+電導率和界面相容性。電化學結果表明：組裝的LiCoO2/鋰金屬固態電池在室溫下循環200次，當循環電壓在3.0到4.5V之間時，具有85%的容量保持率。此外，制備的SPEs軟包電池也具有優異的安全性和良好的界面相容性。本研究提供了一種有前途的、通用的選擇性潤濕設計策略來處理HVLMBs中存在的兼容性和安全性問題。

總之，本文證明了一種選擇性潤濕的剛性-柔性電解質策略，以提高HVLMBs中固體聚合物電解質的綜合性能。添加劑TMS會選擇性的與PVAC結合，在正極和負極界面形成PVAC/TMS層，提高了界面相容性。此方法為設計固態高壓鋰金屬電池提供了新思路。
（責任編輯：fqj）