为了满足在不同应用领域（如便携式电子产品、电动汽车和大规模储能）以及应用场景（如热/冷气候、高山/天空和深海）的需求，新兴的可充电电池除了高能量密度和高安全性的要求，还应具有宽耐温性的特点。然而，这些关键的性能参数之间通常存在权衡关系。例如，由于金属锂具有较高的理论比容量（3860 mAh g-1）和较低的电化学电位（−3.040 V vs标准氢电极），锂金属电池（LMBs）有望提高电池的能量密度。然而，锂金属的高反应性导致锂枝晶生长，固态电解质界面（SEI）不稳定，体积变化不可控，甚至造成液态锂金属电池严重的安全问题。为了避免液态电解质与锂金属电极之间产生副反应，以提高锂金属电池的安全性，已报道了许多解决策略，包括制备电极保护膜和固态电解质。其中，聚合物作为电极保护膜和固态电解质因其成本低、易于加工、重量轻、柔韧性好等优点而受到广泛关注和研究。尽管对高能量密度和安全的LMBs已进行了大量的研究，但对开发具有宽温域工作的固态LMBs的研究仍然有限。
近日，北京化工大学曹鹏飞教授联合南开大学杨化滨研究员在Energy Stroage Materials上发表了最新研究性论文“In-situ formation of quasi-solid polymer electrolyte for wide-temperatureapplicable Li-metal batteries”。提出了一种通过在低熔点有机溶剂（如1,3-二氧戊环，DOL或二氟乙酸乙酯，EDFA）中，以LiTFSI作为锂盐，原位聚合醚类单体，制备的新型准固态电解质（QSPE）。该准固态电解质能够在−20~60 °C的宽温度范围内实现准固态LMBs的稳定无枝晶化循环，如图示1。通过如下策略解决准固态电池低温性能差的问题：（1）在醚类聚合物链中引入氨基甲酸酯和丙烯酸酯基团，大大降低了醚类聚合物的结晶度，为Li+提供了连续的配位点，从而构建有助于Li+快速传导的通道；（2）引入低熔点有机溶剂（如：DOL或EDFA）增强体相电解质中的Li+的传输速度；（3）原位聚合的方式确保了电极与电解质紧密的界面接触；（4）QSPE诱导形成更加稳定的SEI层，帮助Li+在电极/电解质界面处迁移。本章对该准固态电解质的物化性质进行评估，并测试准固态电池在宽温域范围内的电化学性能，对其深层机理进行探索。研究发现，这种QSPE的设计有效解决了在每个传输步骤中离子传输动力学缓慢的问题，实现了高能量密度、安全性和宽温度耐受性之间的权衡，为在不同场景下工作的高性能LMBs提供了见解。南开大学材料科学与工程学院博士研究生贺雅悦为第一作者，北京化工大学曹鹏飞教授与南开大学杨化滨研究员为共同通讯作者。