【固态】JACS：缓冲固态电池体积变化

通过电化学、机械和化学特性的特定组合设计的聚合物可以帮助克服限制高性能下一代储能设备的实用全固态电池的挑战。在包括活性正阴极材料、无机固体电解质和碳的复合正极中，电池寿命受到充电/放电时发生的活性颗粒体积变化的限制。为了克服这一点，人们应用不切实际的高压来保持界面接触。

近日， 牛津大学Georgina L. Gregory，Mauro Pasta，Peter G. Bruce，Charlotte K. Williams 报道了为解决这些问题而设计的嵌段聚合物结合了离子导电性、电化学稳定性和合适的弹性机械性能，包括粘合性。

文章要点

1 ） 嵌段聚合物具有“硬-软-硬”ABA嵌段结构，其中软的“B”嵌段是聚(环氧乙烷)(PEO)，已知可促进离子导电性，硬的“A”嵌段是CO ₂ 衍生的聚碳酸酯，聚(4-乙烯基氧化环己烯碳酸酯)，其提供机械刚性并增强氧化稳定性。

2 ） 研究人员以遥控羟基聚氧乙烯醚(PEO)为大分子引发剂，以可控的Mg(II)Co(II)催化剂为引发剂，直接合成了PEO和聚碳酸酯长度可控的ABA嵌段聚合物。研究人员研究了嵌段聚合物组成对电化学和力学性能的影响，在聚碳酸酯结构域上安装了膦酸官能团以获得粘接性能。

3 ） 研究人员确定了三种聚合物材料；这些材料表现出10 ^-4  S cm ^-1 的室温离子电导率、锂离子传输（t _Li+ 0.3-0.62）、氧化稳定性（> 4 V vs Li ⁺ /Li）以及弹性或塑性体特性（G’0.1-67 MPa）。将最佳的嵌段聚合物用于具有LiNi _0.8 Mn _0.1 Co _0.1 O ₂ 活性材料和Li ₆ PS ₅ Cl固体电解质的复合正极，由此产生的固态电池比不含聚合物或商业聚电解质的等效电池具有更高的容量保持率。

参考文献

Georgina L. Gregory, et al, Buffering Volume Change in Solid-State Battery Composite Cathodes with CO ₂ ‑ Derived Block Polycarbonate Ethers, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06138

https://doi.org/10.1021/jacs.2c06138