巧妙设计柔性复合固态电解质

目前复合固态电解质的构筑大多采用物理混合方法，该方法虽然简单易操作，但是无法解决有机与无机材料界面相容性差的问题，即使研究者们提出了很多改进方法，如降低无机材料颗粒尺寸、提高填料的排列有序度等，但电解质内部聚合物/陶瓷两相电导率的差异及相容性问题依然制约着电解质性能的发挥，即无法充分利用无机电解质较高的电导率，又会在较高的温度下发生明显的相分离、导致电解质失效。

近日，中国科学院过程研究所的张锁江团队创新性地采用原位偶联反应的方法，以商品化的硅烷偶联剂（3-氯丙基）三甲氧基硅烷为桥联剂，将无机固态电解质Li10GeP2S12与聚合物固态电解质PEO通过化学键有效结合，巧妙设计制备出性能优异的柔性有机/无机复合固态电解质。从XPS的测试结果可以看出，S 2p谱图与Si 2p谱图中均发现S-Si键的存在，证实了硅烷偶联剂的桥联作用。

图1. 有机/无机复合固态电解质的制备及物性
得益于良好的界面相容性，该电解质具有较高的电导率（室温＞0.9mS）、良好的空气稳定性和较高的锂离子迁移数（0.68）。值得一提的是，该电解质具有极其优异的锂金属相容性，采用上述电解质的锂金属对称电池可在室温下长时间稳定循环（＞6700h），组装成的全固态锂金属电池表现出较高的循环稳定性和库仑效率。

图2. 锂金属对称电池的循环表现

图3. 钛酸锂和磷酸铁锂全固态锂金属电池的循环表现
这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是天津大学博士研究生潘科成。

张锁江院士简介

张锁江，中国科学院院士，中国科学院过程工程研究所所长，中国科学院大学化工学院院长，中国化工学会副理事长，中国化工学会离子液体专业委员会主任。国家杰出青年科学基金获得者，“973”首席科学家，“新世纪百千万人才工程”国家级人选，英国皇家化学会会士。
主要从事离子液体、绿色过程、系统集成等方向的研究。相关研究成果在JACS、Angew Chem、Chem Rev、Chem Soc Rev、AIChE J等重要学术刊物上共发表SCI论文350余篇，SCI他引12000余次，H-Index 60；编写中英文书籍8部；获授权发明专利120余件。担任Green Energy and Environment (GEE)、《过程工程学报》主编，IEC Res、Green Chem等国际期刊编委。创办全国离子液体会议及亚太离子液体大会，并多次组织学术会议并担任会议主席/副主席，多次应邀作大会或主题邀请报告。获国家自然科学二等奖、中科院科技促进发展奖、侯德榜化工科技成就奖等多项奖励。