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固态聚合物电解质具有大规模加工性和界面兼容性，是固态锂金属电池的理想候选材料。在各种体系中，具有残留溶剂的聚（偏氟乙烯）基聚合物电解质对室温电池运行很有吸引力。然而，其多孔结构和有限的离子导电性阻碍了其实际应用。
鉴于此，浙江大学陆盈盈教授提出了一种相位调节策略，通过加入MoSe2薄片来破坏聚偏氟乙烯链的对称性并获得致密的复合电解质。研究显示，高介电常数的电解质可以优化溶剂化结构，从而实现高离子电导率和低活化能。MoSe 2与锂金属之间的原位反应在固态电解质相间生成了Li 2Se快速导体，从而提高了库仑效率和界面动力学性能。固态Li||Li电池在1 mA cm -2的条件下实现了稳定的循环，Li||LiNi 0.8Co 0.1Mn 0.1O 2 全电池在高倍率（3C）、高负载（2.6 mAh cm -2）和软包电池中表现出了实用的性能。
文章要点：
1. 这项工作通过巧妙地加入二维（2D）过渡金属二卤化物MoSe 2片（MSs），设计了一种基于PVDF的复合电解质。
2. MoSe 2的破缺反转对称性可与PVDF单体单元的偶极矩发生强烈的相互作用，其中带正电荷的Mo原子与-CF 2-发生相互作用，带负电荷的Se原子与-CH 2-发生相互作用。这种相互作用不仅促进了PVDF的全反式（β相）转变，提高了β相的比例，而且在加入15 wt.%的MSs后形成了致密的复合电解质（PVMS-15）。
3. 富含β相的电解质提供了更高的介电常数，ε r从9.6增加到21.1，从而优化了溶剂化结构，形成溶剂分离离子对（SSIP），实现了更高的离子电导率（6.5×10 -4 S cm -1），而PVMS-15电解质的活化能（0.07 eV）更低。
4. 此外，MoSe 2与锂金属之间的原位反应在固体电解质界面相（SEI）中生成了锂导电的Li 2Se成分，从而抑制了DMF分解，提高了库仑效率（CE），并增强了界面离子传输动力学。
5. 凭借上述优点，锂||锂对称电池在1 mA cm -2的条件下可实现480小时的稳健循环，而锂||NCM811全电池在高电流密度（3C）、高负载（2.6 mAh cm -2）和软包电池中均表现出实用性能。总体而言，这项工作为开发具有超长寿命的稳定固态锂金属电池提供了一种实用的电解质工程策略。
图1 电解质的设计原理和结构特点
图2 电解质的溶剂化结构分析及电化学性能
图3 Li||NCM811全电池的电化学性能
图4 循环电极的界面与结构分析
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-41808-3
来源：高分子科学前沿
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