贵大新闻网讯（通讯员 张洪涛 黄彩娟）近日，贵州大学谢海波教授团队在国际顶级期刊Advanced Functional Materials上发表题为“High-Temperature and High-Voltage Gel Polymer Electrolytes for Lithium-Metal Batteries: Integrating Hybrid Molecular Engineering and In Situ Polymerization Strategy”的研究论文，报道了一种混合分子工程与原位聚合策略制备的耐高温高压凝胶聚合物电解质（PTCEA-GPE）。
锂金属电池（LMBs）凭借其高理论容量和低电极电位的优势，被认为是下一代电池中最具竞争力的候选者之一。然而，传统液态电解质锂金属电池的实际应用仍受到三个重要因素的根本性制约：锂枝晶不均匀生长容易刺穿隔膜导致严重的热失控；高温条件下不稳定分解引发的断崖式失效；高压条件下极易氧化不能应用于高压电极。固态电解质（SSEs）凭借增强的化学稳定性和机械强度能较好地抑制这几个因素，但不可避免地出现电化学性能下降和界面问题等缺陷。
针对以上问题，谢海波团队所报道的电解质（PTCEA-GPE）具有5.6 V的宽电化学稳定窗口、高锂离子迁移数（0.64）及优异的电化学稳定性。采用Li||LiFePO4电池在120 ℃和150 ℃的高温下循环200次后，容量保持率分别达89.2 %和82.4 %。而且，即便在4.5 V高压条件下，Li||LiCoO2电池也能在100次充放电循环中保持近乎恒定的容量。此外，1 Ah级Li||LiFePO4软包电池在400次循环后仍保持86.3 %的比容量，且在针刺测试没有发生热失控现象，这在电动汽车及其他相关领域具有极大的潜力。
该工作首先对PTCEA-GPE的基础电化学性能进行分析。得益于碳酸酯和醚氧等极性基团和原位聚合策略，PTCEA-GPE展现出高离子电导率（1.82×10-4 S cm-1）、宽电化学稳定窗口（5.6 V）和高锂离子迁移数（0.64），超越了许多已报道的醚类电解质和准固态电解质，显示出优异的电化学性能。DFT计算结果表明，碳酸酯基团的引入显著降低了单体的HOMO能级，提高氧化稳定性，使PTCEA-GPE可适用于高压正极。且负电荷集中于醚键和碳酸酯基团，Li+与这些基团的强结合能体现高溶解性，表现出更快的Li+溶剂化过程，有利于电池快速放电。MD分子动力学模拟实现径向分布函数，验证了聚合物对Li+传输的促进作用。
在该工作中，研究团队提出原位CO2捕获与转化理念，设计合成可聚合TGAB单体并开发先进凝胶电解质（PTCEA-GPE）。PTCEA-GPE通过分子工程整合-C-O-C-、-C-C-S-和-O-C(=O)-O-片段，实现高离子电导率、宽电化学窗口及高离子迁移数。原位聚合确保电极完全浸润，降低界面阻抗，促进均匀锂沉积与稳定SEI形成，同时静电纺PAN基质增强热稳定性。软包电池长循环与钉刺测试验证PTCEA-GPE的高稳定性和安全性。该研究为解决下一代锂金属电池高温稳定性和高压兼容性等关键挑战提供了重要见解。
编辑：庞爱忠
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编审：丁龙
