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全固態鋰電池具有高比能、高安全性、高可靠性、長壽命、可柔性化等優點，在柔性電子器件、電動汽車、航空航天等領域具有巨大的儲能應用價值。然而，全固態鋰電池有限的固態電解質-電極界面接觸導致界面處不連續的離子傳輸和較大的界面阻抗，最終造成較差的電化學性能甚至電池性能過早劣化。如何有效解決固態電解質與電極固有的界面接觸問題是全固態鋰電池進一步發展的關鍵科學問題。
聚合物固態電解質因其質輕、柔性、易加工、安全可靠以及價格低廉等優勢，在實現高比能、長循環和高安全的全固態鋰電池實際應用中具有巨大潛力。近期，西安交通大學化學學院丁書江教授團隊在前期設計的動態超分子離子導電彈性體材料基礎上，發展了多重動態鍵驅動全固態鋰電池正極/聚合物電解質一體化的新策略，構建了集成式正極/超薄聚合物電解質的全固態鋰電池。
集成式正極/超薄聚合物電解質全固態鋰電池的結構表征。（論文課題組供圖）
經精細結構設計的動態超分子離子導電彈性體具有優異的電化學性能和力學性能。首先，將動態超分子離子導電彈性體用于固態電解質。有效的鋰離子傳輸有利于鋰負極界面處均勻沉積，強而韌的力學性能有利于電解質與鋰負極產生共形接觸，提高鋰負極的穩定性，同時可構建超薄（12μm）的聚合物電解質；其次，將動態超分子離子導電彈性體用于磷酸鐵鋰正極粘結劑。快速的鋰離子傳輸能力促進電極材料內部的離子傳輸，多重氫鍵作用增強電極顆粒間的黏附力。最后，固態電解質和磷酸鐵鋰復合正極在動態超分子離子導電彈性體中多重動態鍵（包括動態二硫鍵、單重氫鍵以及四重氫鍵）驅動下形成一體化的正極/聚合物電解質結構，實現了聚合物電解質和電極界面的分子級融合，且組裝的集成式正極/超薄聚合物電解質全固態鋰電池表現出小的極化電壓和界面阻抗、高的比容量和倍率性能，以及良好的循環穩定性。該工作從聚合物分子結構設計角度為全固態鋰電池中固有的電解質-電極界面接觸問題提供了一種新的解決策略。
上述研究成果近期發表在《德國應化》上，西安交通大學化學學院為第一通訊單位，第一作者是西安交通大學陳晶博士，唯一通訊作者為西安交大化學學院丁書江教授。該研究得到國家自然科學基金委、陜西省科技創新團隊以及西安交通大學分析測試共享中心的支持。
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