01【导读】
由于对高效储能系统的需求日益增加，锂固态电池作为下一代储能装置应运而生，以满足高能量密度和安全性要求。特别是，基于固体聚合物的电解质因其高机械柔韧性、与电极适当的界面相容性、易于加工、获得安全、小型化和灵活的存储设备而作为一种有前途的替代品引起了人们的关注。尽管取得了进展，但开发具有高能量密度和稳定循环寿命的低成本、工业上可扩展的固态电池仍然是一个挑战。
02【成果掠影】
近日，国际学者发表了评述性论文，对用于高性能全固态锂电池应用的聚合物基电解质设计的最新方法进行了回顾和讨论。在这里，作者展示了最新的不同设计方法：将添加剂掺入聚合物基体、聚合物基体的结构改性和锂盐分子设计。此外，为了了解聚合物基电解质中的结构-传导特性关系，作者分析了与离子传输机制相关的基本聚合物、传导过程中涉及的关键参数以及与固体电解质性能和稳定性相关的物理化学方面。同样，电极/电解质界面行为及其在先进固体电解质设计中的意义也受到了极大的关注。
相关综述文章以“Strategies for rational design of polymer-based solid electrolytes for advanced lithium energy storage applications”为题发表在Energy Storage Materials上。
03【核心内容】
随着技术的进步，对用于消费电子设备（如电动汽车、便携式设备和智能电网社区系统）的安全且能量密集的电池的需求不断增加。目前，由 SSE 制成的 ASSLB 引起了人们的关注，主要是因为它们可以克服传统 LB 的安全缺陷，即与液体电解质泄漏问题和易燃性有关。因此，锂金属负极和SPE的结合是未来实现安全、高性能、低成本储能系统的潜在策略。SPE 提供合适的界面接触、良好的电化学稳定性、柔韧性、出色的可加工性和经济实用性。通过这种方式，固体聚合物电解质的可行性通过配备 Li|SPEs|LiFePO4固态电池的电动汽车 Balloré Bluecar 的商业化得到了很好的证明。受到这一巨大成功和进一步发展需求的启发，目前的研究一直集中在开发具有前景的柔性聚合物电解质，主要是：快速离子扩散、适当的转移数、宽电化学窗口和改进的具有良好电极的界面工程和电解质相容性和低锂枝晶生长速率，以获得先进的高性能 SSB。在这种情况下，很明显需要做出重大努力来克服当前的限制。
因此，聚合物基电解质的合理设计需要对基本过程有更高的理解；例如，材料在分子尺度上的相互作用和演化、多相离子传输、相间变化和老化行为。该观点旨在总结和讨论近年来围绕先进聚合物基电解质的合理设计及其在高性能锂离子电池开发中的作用的主要策略所取得的进展。为了提高固体 SSB 中 SPE 的性能，广泛探索了不同的合成策略，例如：聚合物共混、通过掺入聚合物掺杂剂（离子液体、碳酸盐溶剂或低分子量低聚物）进行增塑、聚合物基质与无机物的结合/有机和纳米材料、聚合物结构分子设计和电解质多层开发。所有这些都允许调整物理化学和电化学特性并获得性能增强的固体电解质。
尽管如此，尽管电解质材料技术取得了重大进展，但这一进步仍需要在对结构-电导率关系和界面行为的基本理解以及将电解质材料集成到实际器件中取得进一步进展。在这种情况下，重要的是要强调，除了实验研究之外，计算模拟应该作为一种补充的基本工具，以更深入地理解官能团/元素与锂离子之间的配位/解离能，化学断裂能聚合物单体/链段功能单元中的键、离子传输途径/机制以及电解质/电极界面处可能的化学/电化学反应，从而可以进行性能预测。此外，研究有前景的材料和开发适合电极/电解质界面的新策略需要综合表征技术。
04【数据概览】
图一、高性能 ASSLB 的聚合物基电解质和电解质/电极界面的基本特征。© 2022 The Authors
图二、SPE 中通过非晶相和晶相的锂离子传导模型。© 2022 The Authors
图三、常用聚合物主链的物理化学性质。© 2022 The Authors
图四、聚合物电解质的不同设计策略以提高 ASSLBs 的电化学性能。© 2022 The Authors
文献链接：Strategies for rational design of polymer-based solid electrolytes for advanced lithium energy storage applications. https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.08.019