近日，材料科学与工程学院陈仕谋教授团队在《Journal of the American Chemical Society》上发表了题为“Harnessing Spatiotemporal Dynamics of Polymerized Electrolytes for Durable High-Voltage Lithium Metal Batteries”的研究论文。该工作提出了一种针对原位聚合电解质的时空工程策略（如下图所示），在正极侧构建了稳固的富阴离子界面，并利用硝酸根离子的持续释放，同步优化了锂金属负极界面的离子传输。这项工作为研发高能量密度、长寿命的固态锂金属电池提供了新的思路。

    原位聚合电解质因其能够与电极形成接触良好的界面，被广泛视为构建高能量密度固态锂金属电池的理想选择之一。然而，目前大多数已报道的原位聚合电解质在高压条件下存在离子传输动力学缓慢和界面副反应严重两大瓶颈，严重限制了其与高镍正极匹配时的循环稳定性。针对此挑战，本研究创新性地开发了一种时空工程策略，通过在正极侧构建含氟聚合物框架，将硝酸根离子、含氟聚合物和聚酯基电解质进行空间编程分布。进一步利用硝酸根从正极侧的持续缓慢释放，持续优化锂金属负极侧的固态电解质界面（SEI）组成，实现了对锂金属负极界面的动态调控，从而在对称电池中实现了高电流密度（2 mA cm⁻²）下的长期稳定循环（循环超过850小时）。一系列对比实验、原位表征和理论计算研究表明，含氟聚合物框架可以诱导阴离子优先吸附，在正极界面构筑稳固的富含阴离子、贫聚合物的界面层，有效抑制高压副反应；同时，持续释放的硝酸根将体相锂离子传输从聚合物基质中解耦出来，显著加速了离子传输动力学。这种时空协同机制确保了该电解质在高电压和高面载量条件下的优异性能。采用该电解质所组装的Li||NCM811电池在4.5 V和高面载量（3.31 mAh cm⁻²）条件下保持了优异循环稳定性。

该工作第一作者为北京化工大学材料学院2023级硕士生郝智烨，北京化工大学陈仕谋教授、澳大利亚悉尼科技大学的陈勇、汪国秀教授为共同通讯作者，北京化工大学为第一完成单位。本工作得到了国家自然科学基金、北京市自然基金等项目的资助。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c20571