與目前的液態鋰離子電池相比，全固態鋰電池(SSLBs)有望具有更高的能量密度和更好的安全性，但核心要求是整個電池中的有效離子傳導通路。

中科院蘇州納米所陳立桅、沈炎賓、利物浦大學Andrew I. Cooper、哈爾濱工業大學邱業君等開發了一種基于一類新興多孔材料-多孔有機籠(POCs)的陰極電解質。

圖1. 基于有機籠的SSE-Li-RCC1-ClO₄的合成和表征

與擴展的不溶性框架的MOF和COF不同，有機籠具有離散的分子共價結構，并且可以溶液加工。這些分子可以堆積在一起形成具有高度互連的三維孔網絡的晶體，籠形分子的離散性質使其可溶于不同的溶劑，這提供了可加工性，并且可以通過與其他可溶性化合物混合來引入不同的物理特性。

在這項工作中，開發的基于有機籠的固態鋰離子導體中，有機籠框架中的電離官能團提供了一個具有高效介電屏蔽的環境，從而允許添加的鋰鹽（如LiClO₄）解離成移動離子。除了表現出非常理想的室溫離子電導率外，這種基于有機籠的離子導體的一個關鍵特征是它在極性溶劑中的溶解度。

因此，有機籠式Li⁺導體很容易在漿料混合步驟中作為正極電解質結合到固態正極中。籠狀正極電解質均勻溶解在正極漿液中，在溶劑蒸發時結晶，并在涂覆過程中生長在正極顆粒表面，從而在正極內部形成有效的離子傳導網絡。這種在SSLBs中使用有機籠的方法可以最大限度地減少正極所需的離子添加劑的數量，并帶來出色的室溫循環性能。

圖2. Li-RCC1-ClO₄的電化學表征

因此，在固態正極（LiFePO₄、NCM523、LCO）中含有20%這種籠狀固態電解質的SSLB在室溫下呈現出小的極化和良好的可循環性。這種有機籠正極電解質與當前的正極制造工藝完全兼容，在SSLBs中具有很高的應用潛力。未來的研究將側重于通過使用有機籠等結構化有機分子添加劑來引入額外的優勢，例如更好的空氣/水分穩定性和增強的機械性能以及離子電導率。

圖3. 使用Li-RCC1-ClO₄正極電解質的全固態電池的電化學性能

Room temperature all-solid-state lithium batteries based on a soluble organic cage ionic conductor. Nature Communications 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-29743-1