固态锂金属电池具有高能量密度与高安全性特征，符合新一代储能设备发展需求。固态聚合物电解质具备高电化学稳定性、高化学稳定性、易于加工等优势，被认为是发展固态锂金属电池的重要材料。然而，在室温无塑化剂条件下，锂盐-聚合物（如聚环氧乙烷，PEO）共混的传统电解质体系仍存在锂离子迁移数低、锂离子电导率不足的瓶颈，导致电池在运行过程中容易发生极化，带来了锂枝晶生长、循环寿命短等一系列问题。

  三十多年前，C.A.Angell等人提出了利用高盐浓度增加电荷载流子数量进而促进离子传导的策略。近年来，该策略在水性体系（如"盐包水"电解质）和有机溶剂体系（如超高浓度电解质）中得到长足发展，但聚合物体系的相关进展却明显滞后。在高盐浓度条件下，增强的离子间相互作用通常会限制锂离子的解离和传输。虽然，通过设计小尺寸溶剂化鞘层或引入高熵溶剂分子等方式，缓解了液态电解质体系中离子聚集带来的负面影响，但该难题在固态聚合物电解质体系中尚未得到解决。

  最近，昆山杜克大学林欣蓉与复旦大学陈茂课题组合作，基于团队前期发展的光催化可控共聚体系，设计合成了全新结构的磺酰亚胺阴离子型含氟聚合物，提出了“盐包单离子聚合物电解质（SIP-in-salt）”的新思路。该工作利用“单离子侧链-醚侧链”交替序列聚合物，以及聚合物与锂盐的相似阴离子片段，在盐浓度阈值范围实现了SIP-in-salt电解质中锂离子均匀、连续分布，形成了渗透聚集离子簇（p-AGGs），构建了高效的锂离子传输通道。基于此，电解质材料达到了3.9 × 10^-5 S·cm^-1的室温锂离子电导率、锂离子迁移数接近0.9，初步实现了室温条件下的锂剥离/沉积循环、锂||磷酸铁锂和锂||镍钴锰酸锂电池充放电循环。

图1.锂离子分布与传输示意图

  本研究通过"SIP-in-salt"（盐中聚合物溶剂化）电解质策略调控离子结构，实现了锂离子传输机制从载体运输到结构扩散的转变，该研究成果为解决离子溶剂化与离子传导之间相互制约的挑战提供了新思路，有望推动固态电池的实际应用。该工作以“Single-ion polymer-in-salt electrolytes enabling percolating ionic nanoaggregates for ambient-temperature solid-state batteries”为题发表在《美国化学会杂志》（Journal of the American Chemical Society）。昆山杜克（Duke Kunshan）大学林欣蓉研究员与复旦大学高分子科学系陈茂教授为共同通讯作者，复旦大学高分子科学系硕士研究生王怀姣为文章第一作者。作者特别感谢国家自然科学基金委、复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程全国重点实验室、苏州市科技局的大力支持。

  原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01574