北化王峰教授团队和北航杨树斌教授团队Adv. Sci.: 高耐久性橡胶衍生固态电解质用于长寿命锂金属电池

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相较于传统固态电解质，橡胶基电解质具有高弹性和耐疲劳等优点，能够适应反复发生体积变化的金属锂负极，保证电解质和金属锂负极良好的接触界面，从而促进锂离子稳定快速传输。然而，高机械强度橡胶基电解质的离子电导率过低（<10^-6 S cm^-1），限制了其应用。虽然添加小分子增塑剂可提升橡胶基电解质的离子电导率，但是增塑剂会造成电解质的机械强度明显劣化，难以保持锂金属电池的长期稳定运行。因此，开发具有高离子电导率和耐疲劳的橡胶基电解质对于固态锂金属电池的发展及应用具有重要意义。

近期，北京化工大学王峰教授、牛津副教授团队和北航杨树斌教授团队提出一种硫化法可控合成耐疲劳橡胶衍生导锂弹性体的新策略（图1），得益于硫化过程产生的含离子液体片段的化学交联网络，所获电解质既继承了橡胶良好的回弹性（图2），同时实现了高达2.7×10^-4 S cm^-1的室温离子电导率（图3）。此导锂弹性体可在充放电过程中与反复发生体积变化的金属锂负极保持紧密接触，保证了锂离子在电极和电解质界面的稳定快速传输，从而实现长寿命、高性能和高安全性的固态锂金属电池（图4）。鉴于橡胶种类丰富、结构多样和可修饰性强等特点，基于此硫化法可进一步探索和研发系列高离子电导率、耐疲劳的导锂弹性体，加速其在固态锂金属电池中的应用研究，从而获得高性能和高安全性固态锂金属电池。该工作以“A Highly Durable Rubber-Derived Lithium-Conducting Elastomer for Lithium Metal Batteriesg”为题发表在《Advanced Science》上（Adv. Sci. 2022, 2200553）。文章第一作者是北京化工大学博士后史永正博士。该研究得到国家自然科学基金委和中国博士后科学基金会的支持。

  
图1. 硫化法合成橡胶衍生固态电解质的示意图。 
图2. 橡胶衍生固态电解质弹性和耐久性测试，包括拉伸、蠕变、应力-应变曲线图。 
图3. 橡胶衍生固态电解质的锂传导机制探究，包括DSC曲线、Arrhenius曲线、固态⁷Li核磁共振 (NMR)光谱和快速离子传输通道示意图。
 
图4. 基于橡胶衍生固态电解质的锂金属全电池的循环性能。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202200553

作者简介

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王峰 教授，博士生导师

北京化工大学

现任北京化工大学副校长、材料电化学过程与技术北京市重点实验室主任。2011 年获国家杰出青年科学基金资助，2007 年入选教育部新世纪优秀人才支持计划。主要研究方向包括多元多尺度非贵金属电催化材料及其在燃料电池、金属-空气电池、废水处理等方面的应用，生物基/纳米炭材料及其在环境、储能领域的应用，以及电化学检测、光电催化等方面的研究。近年来，在 Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Funct. Mater. 等国际期刊上发表 SCI 学术论文共 200 余篇，编写英文专著1部，获国家发明专利授权 45 件、国际授权 PCT 专利 2 件。

杨树斌 教授，博士生导师

北京航空航天大学

北京航空航天大学材料科学与工程学院教授，国家杰青，主要从事二维新能源材料的研究。以第一/通讯作者在Nature、Sci. Adv.、Adv. Mater.等发表论文100余篇，其中新方法被Nature专题评述：“是将二维材料推向市场的关键步骤”；ESI高被引论文23篇，连续5年入选科睿唯安“高被引学者”；主题/邀请报告30余次；授权中国/美国发明专利26项，部分二维材料成果在新能源企业转化应用。

牛津 副教授，硕士生导师

2018年毕业于北京化工大学材料科学与工程专业，获工学博士学位，2017-2018 年在美国麻省理工学院访问交流，2019-2020 年在日本东京都立大学进行博士后研究工作；主要从事电化学储能材料设计、合成和应用研究。近年来在Adv. Funct. Mater., Adv. Sci., Nano Energy, Energy Storage Mater., Small, J. Mater. Chem. A等期刊发表 SCI 收录论文 30 余篇，获得国家发明专利 3 项。

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