近日，北京化工大学王峰教授、牛津副教授团队在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“An ultrathin solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries”的研究工作。该工作利用乙二胺四乙酸（EDTA）的强电子效应诱导聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）发生构象转变，并通过细晶强化机制提高了聚合物电解质的机械强度，所制备的超薄高强度固态电解质具有宽的电压窗口和良好的阻热阻燃性能，基于固态电解质组装的软包电池展现出超高的能量密度。

固态电解质（SSE）有助于实现锂金属电池（LMB）的高比能和高安全性，但由于机械性能较差，LMB所采用的固态电解质的厚度普遍>100 μm，限制了能量密度的进一步提升。本工作提出了一种具有高杨氏模量（10.6 GPa）的超薄（5 μm）聚合物 SSE，其由PVDF-HFP基体和EDTA添加剂组成。EDTA 具有给电子特性，可诱导 PVDF-HFP 发生构象转变，并通过细晶强化机制提高电解质的机械强度。理论计算和实验结果表明顺式构象的 PVDF-HFP 缩短了 Li⁺ 的传导通路、促进了 Li⁺ 的解离并固定了锂盐的阴离子，从而提高了固态电解质的离子电导率（2.47×10^-4 S cm^-1）和转移数（0.59）。此外，固态电解质还具有宽电压窗口（4.7 V）和良好的热稳定性。使用该固态电解质组建的对电池和全电池显示出良好的循环和倍率性能。以该固态电解质组装的软包电池能量密度高达516 Wh kg^-1 和 1520 Wh L^-1，表现出良好的应用前景。

该论文第一作者为材料学院硕士生刘鲁藩，材料学院王峰教授、牛津副教授、剑桥大学Adrian Fisher教授为本文共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务经费等多个项目的资助。

文章信息：Lufan Liu, Yongzheng Shi, Mengyue Liu, Qing Zhong, Yuqi Chen, Bingyang Li, Zhen Li, Tao Zhang, Hang Su, Jiaying Peng, Na Yang, Pengfei Wang, Adrian Fisher,* Jin Niu,* Feng Wang.* An ultrathin solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries. 2024, Adv. Funct. Mater., DOI: 10.1002/adfm.202403154.