在追求净零碳足迹的过程中，高能量密度的可充电电池对交通和电力部门的转型需求巨大。然而，依赖于石墨负极和插层化学的锂离子电池在能量密度和安全性方面正面临瓶颈。固态锂金属电池，以固态电解质替代液态电解液，以高比能锂金属负极替代传统碳基负极，兼具高安全性和高比能特性。固态聚合物电解质具有成本低、质量轻、理论上电解质孔隙率低、晶界效应弱、表面粗糙度低等优点，因此被认为是未来固态锂电池中电解质的理想选择。然而目前固态聚合物电解质依然存在很多问题：1）室温离子电导率低，导致界面阻抗大，电池容量衰减剧烈；2）电化学稳定窗口窄，难以匹配高电压正极材料实现高能量密度；3）离子迁移数低，限制锂离子快速到达电极，增加锂枝晶形成的风险，影响电池的循环寿命和安全性。

相关研究成果以“Molecular Design of Solid Polymer Electrolytes with Enthalpy–Entropy Manipulation for Li Metal Batteries with Aggressive Cathode Chemistry”为题发表在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上。

1.PCCE的设计原则

图1 基于分子焓熵调控策略所设计的高性能SPE的示意图。

2.分子作用机制

图2. PCCE中分子相互作用的表征。

3.适配高电压正极材料的锂金属电池性能

图3基于PCCEs的高电压锂金属电池性能。

通讯作者简介

  庞全全教授，北京大学材料科学与工程学院特聘研究员，博士生导师。2020、2021、2023年科睿唯安交叉学科高被引科学家，2022年、2023年“斯坦福大学”全球2%顶尖科学家。获海外高层次人才计划青年项目，十四五重点研发计划“新能源汽车”重点专项青年首席科学家，主持国家“十三五”重点研发计划“政府间合作”重点专项目、基金委重大研究计划培育项目等。以第一/通讯作者在Nature、Nat. Energy、Joule、JACS、PNAS、Nat. Commun.、Angew. Chem.、Adv. Mater.等杂志发表多篇论文，多篇入选ESI热点论文和高被引论文。担任EcoMat、Rare Metal、Energy Materials Advance、Carbon Energy等杂志青年编委，“十四五”科技部重点研发计划“新能源汽车”重点专项青年科学家。

第一作者简介

  叶国，北京大学彤程博士后，在高电压固态聚合物电解质、柔性聚合物材料、自愈合聚合物电解质的设计与构筑和电池、超级电容器、柔性电子等领域具有深厚的研究基础，具有丰富的聚合物制备及表征经验，以第一作者在JACS、Adv. Funct. Mater.、Mater. Horiz.、ACS Appl. Mater. Inter.、Electrochim. Acta等国际期刊发表SCI论文10篇。

团队招聘

  北京大学庞全全团队（pang-eetl-pku.com）招收新电池体系方向（固态电池、储能电池、硫系电池）博士后，将提供最佳的科研平台和待遇，请有志之士联系qqpang@pku.edu.cn。