由于離子電導率低、界面穩定性差以及伴隨的副反應,用于固態金屬電池的固體電解質的開發具有挑戰性和局限性。在此,考慮到自由基開環聚合的優勢和硫醚(C-S)鍵的獨特特性,武漢理工大學麥立強教授、徐林教授等人在P(VDF-HFP)框架下,通過硫辛酸(TA)與聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)的開環聚合設計并合成了一種新型化學穩定的雜化網絡結構固體電解質。這種新型TA功能化雜化網絡電解質有幾個獨特的特點:首先,TA是含有多個自聚合反應位點的生物小分子,在加熱下通過共價鍵和氫鍵與PEGDA和P(VDF-HFP)相連。其次,3D交聯網絡電解質PEGDA中的醚氧鏈可以提供強Li+溶解環境并作為電荷載體的傳輸鏈。第三,TA中的高極化硫原子可以提供合適的配位,C-S鍵可以在Li+傳輸附近產生合適的位點以實現快速傳輸。圖1. TA-雜化網絡結構合成及其優勢示意圖因此,TA 功能化混合網絡的離子電導率在室溫下增加到0.11 mS cm-1。3D交聯異質網絡可以調節Li+沉積的活性位點分布,從而在鋰表面產生相對均勻的沉積。此外,無引發劑的交聯過程消除了殘留的自由基副反應和副產物,有效提高了固體電解質與鋰負極的相容性。基于以上優勢,對稱Li電池的循環壽命可以達到1800小時,基于TA雜化網絡的Li//LFP電池提供140.2 mAh g-1的最大比容量且在150次循環后保持為136.1 mAh g-1,對應容量保持率為 97%。而基于聚合物共混物組裝的電池開始時與上述電池相當,但150次循環后容量僅為50.1 mAh g-1。這項研究表明,在沒有引發劑的情況下合成的異質3D交聯網絡為高性能固體電解質提供了一條有希望的途徑。圖2. Li/TA-混合網絡/LFP電池在室溫下的電化學性能A novel thioctic acid-functionalized hybrid network for solid-state batteries, Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.01.045