具有高離子導電性和高Li+輸送數目以及較寬的電化學窗口的固體聚合物電解質SPE（Solid polymer electrolytes）是具有前景的下一代高能Li金屬電池材料。有鑒于此，北京大學龐全全研究員等報道通過調節焓-熵的策略，通過分子工程設計聚合物的骨架結構，調節陽離子/陰離子的溶劑化，發展了一系列碳酸酯的共聚電解質PCCE（ polycarbonate-based copolymeric electrolyte）。
本文要點
（1）
通過溶劑化較弱的線性結構碳酸酯以及溶劑化作用比較強的環狀碳酸酯進行共聚，能夠弱化Li+的陽離子偶極矩配位作用（低焓罰）以及缺乏方向性（高熵罰），因此能夠弱化Li+的溶劑化，增強Li+快速擴散。進一步引入雙丙烯酰胺的交聯結構，能夠與二氟草酸硼酸酯陰離子產生二氫配位鍵，這個鍵較強（高焓罰）并且方向性（低熵罰），能夠限制陰離子的移動。
（2）
PCCE聚合物能夠得到了較高的離子導電性（0.66 mS cm-1）和較高的Li+離子遷移數目（0.76），以及較高的氧化穩定性。PCCE通過原位聚合反應，使用高鎳LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 電極，在800圈循環后，容量保持82.2 %，截斷電壓達到4.5 V。當使用活性LiNi0.5Mn1.5O4 電極，在5.0 V截斷電壓下300圈循環后，容量保持96.4 %。
這種焓-熵調控策略為設計高性能的固體聚合物電解質用于高能Li金屬電池提供策略。
參考文獻
Guo Ye, Lujun Zhu, Yue Ma, Mengxue He, Chenxi Zheng, Kaier Shen, Xufeng Hong, Zhitong Xiao, Yongfeng Jia, Peng Gao, and Quanquan Pang*, Molecular Design of Solid Polymer Electrolytes with Enthalpy–Entropy Manipulation for Li Metal Batteries with Aggressive Cathode Chemistry, J. Am. Chem. Soc. 2024
DOI: 10.1021/jacs.4c09062
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09062
