近期，山东理工大学温广武教授、王东教授等人通过原位热聚合策略设计了一种聚碳酸亚乙烯酯/锂盐/丁二腈（PVC/Li/SN）复合聚合物电解质。丁二腈（SN）的引入不仅打破了聚合物链段的堆积，利用其独特的极性分子特性促进了链段运动，从而在室温下实现了高达5.1×10^-4 S cm^-1的离子导率，还赋予了电解质优异的机械兼容性与阻燃特性。此外，该工作构建了电极-电解质一体化结构，确保了充放电过程中电解质与硅/碳负极始终保持紧密的动态接触；同时，原位生成的富含无机组分与PVC链段的复合固态电解质界面（SEI）膜，进一步提升了界面稳定性与离子传输动力学。得益于此，所组装的一体化固态半电池展现出卓越的长循环稳定性与倍率性能，优于液态电池对照组。特别是，组装的Si/C||PVC/Li/SN-30||LiFePO₄全电池表现出优异的循环性能。总的来说，本工作通过极性基团调控、一体化界面构筑以及多组分SEI优化的协同策略，为解决固态电池中离子导率与机械强度难以兼顾的矛盾提供了新思路，为高比能硅基固态锂离子电池的实用化提供了新的设计指导。

相关研究成果以“Polar molecule-derived segmental motion in polymer solid electrolyte and integrated electrode architecture enable stable silicon anodes”为题发表在期刊Journal of Energy Chemistry上。

图1. (a) PVC/Li/SN-30 的制备过程示意图。(b) 不同SN含量的聚合物电解质在热聚合过程前（上）与后（下）的光学照片。(c) VC、PVC及PVC/SN-30的FTIR图。(d) 与玻璃纤维膜复合的PVC/Li/SN-30电解质的SEM图像；插图为其光学照片。(e) PVC/Li/SN-x在 30°C下的离子电导率计算值。(f) PVC/Li/SN-x的Arrhenius曲线。(g) Li⁺与PVC、SN、PVC/SN及TFSI^-的结合能计算值。(h) Li⁺在PVC/Li体系中的传输机理示意图。(i) Li⁺在PVC/Li/SN-30中的传输及微环境调控机理示意图。

图2. (a) PVC/Li/SN-30、(b) PVC/Li及(c) LE在Li||Li对称电池中的i-t曲线及EIS图（插图）。(d) LE与PVC/Li/SN-30的LSV曲线。(e) PVC、Li⁺-PVC、SN及Li⁺-SN的最高占据分子轨道/最低未占分子轨道（HOMO/LUMO）能级。(f) PVC/Li/SN-30与PVC/Li在0.1 mA cm^-2、0.1 mAh cm^-2条件下的长期循环性能。(g) C 1s与(h) F 1s的XPS图，表征PVC/Li/SN-30中循环后锂表面形成的SEI膜。(i) PVC/Li与PVC/Li/SN-30的TGA-DTG曲线。(j) LE与PVC/Li/SN-30的阻燃测试。

图3. (a) Si/C 负极在电解液及VC/LiTFSI/SN溶液中的表面接触角。(b) 一体化电极的制备过程示意图。(c) Si/C 负极与(d) 一体化电极的俯视SEM图像。(e) 一体化电极的侧视SEM图像及线扫描分析。(f) 一体化固态半电池、(g) 液态半电池及(h) “三明治”固态半电池在首次嵌锂/脱锂过程中的原位EIS。(i) R_inf与 (j) R_ct在首次嵌锂/脱锂过程中的变化。(k) 根据GITT曲线计算所得的三种电池的D_Li⁺。(l) 三种电池的首次充放电曲线。(m) 本工作与先前报道的使用硅基负极的固态电池在初始库仑效率方面的对比（OESs：氧化物固态电解质；SSEs：硫化物固态电解质）。

图4. (a) 循环10次后，三种电池的EIS图。(b) 一体化固态半电池与液态半电池的倍率性能。(c) 一体化固态半电池与“三明治”结构固态半电池在0.1 A g^-1下的循环性能。(d) 一体化固态半电池、“三明治”结构固态半电池及液态半电池在0.5 A g^-1下的循环性能。(e, f) 一体化固态半电池与(g, h) 液态半电池的dQ/dV曲线随循环次数的变化。(i) 本工作与先前报道的使用硅基负极的固态半电池的循环性能对比。

图5. 循环后 Si/C 负极在 (a) PVC/Li/SN-30 和 (c) LE 中的SEM图。循环后 Si/C 负极在 (b) PVC/Li/SN-30 和 (d) LE 中的二维形貌图。循环后 Si/C 负极表面形成的 SEI 膜的不同溅射时间的XPS图：(e) PVC/Li/SN-30 和 (f) LE。图中按刻蚀时间递增的顺序分栏展示了 N 1s、C 1s 和 S 2p 谱图。(g) PVC/Li/SN-30 和 (h) LE是循环后 Si/C 负极表面 SEI 组分示意图。

图6. (a) 一体化的LFP||PVC/Li/SN-30||Li和NCM811||PVC/Li/SN-30||Li半电池的倍率性能。(b)一体化的LFP||PVC/Li/SN-30||Li、LFP||LE||Li和NCM811||PVC/Li/SN-30||Li半电池的循环性能。(c) LFP||PVC/Li/SN-30||Si/C全电池的制备过程示意图。(d) LFP||PVC/Li/SN-30||Si/C全电池的倍率性能。(e) LFP||PVC/Li/SN-30||Si/C全电池在不同电流倍率下的充放电曲线。(f) LFP||PVC/Li/SN-30||Si/C全电池在0.1 A g^-1和2 A g^-1电流密度下的循环性能。(g, h) LFP||PVC/Li/SN-30||Si/C 全电池在不同循环次数下的dQ/dV电压等高线图。

Polar molecule-derived segmental motion in polymer solid electrolyte and integrated electrode architecture enable stable silicon anodes

Xintong Wang^#, Dong Wang^#,*, Haoxiang Zhang, Yan Li, Rui Zhang, Jun Cao, Chao Li, Weiwei Zhou, Xiaoxiao Huang, Guangwu Wen*

Journal of Energy Chemistry

DOI: 10.1016/j.jechem.2026.05.059

作者信息

温广武

山东理工大学材料科学与工程学院教授，博士/硕士生导师，工程陶瓷研究院院长。主要研究方向为特种陶瓷及碳材料在航天、储能、电子电器等工程上的应用。入选国家“百千万人才工程”、国家有突出贡献中青年专家、享受国务院政府特殊津贴、山东省“泰山学者”特聘专家。现任山东理工大学校学术委员会主任。主持完成国家自然科学基金6项、“863”计划2项、省部级及重点企业合作项目30余项。在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater.等期刊发表SCI收录论文200余篇，授权发明专利80余项。获国家技术发明二等奖1项，省部级科技一等奖2项，二等奖3项。

（信息来源：JEnergyChem）