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1.?將環(huán)氧末端的硅氧烷接枝在納米SiO₂表面，能夠使其與聚醚胺反應(yīng)，起到了交聯(lián)劑的作用，同時提升了凝膠聚合物電解質(zhì)的電化學性能和力學性能。

2.?文章制備的三維交聯(lián)結(jié)構(gòu)的復合聚合物電解質(zhì)具有優(yōu)異的電化學性能，對鋰金屬負極穩(wěn)定，組裝的LFP電池循環(huán)500圈容量幾乎沒有衰減，電化學窗口寬，并能夠配合高電壓的正極材料進行循環(huán)。

3.?文章提供了一種提高凝膠聚合物電解質(zhì)電化學性能的有效方法，并為高電壓電解質(zhì)的發(fā)展提供了新的研究思路。

現(xiàn)代社會對高效儲能設(shè)備的迫切需求推動了鋰離子電池的快速發(fā)展和進步。鋰金屬負極的高比容量和極低的電位（3870 mAh g^-1, -3.04 vs. standard hydrogen electrode）吸引了科研工作者的廣泛關(guān)注，有望大幅提升鋰電池的比容量和比能量。

目前鋰金屬負極仍有許多問題難以解決，主要有：

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（1）由于鋰離子的不均勻沉積而帶來的鋰枝晶生長問題，枝晶的生長不但會降低電池的容量，還會刺穿隔膜造成電池的內(nèi)短路；

（2）鋰金屬具有較強的還原性，易與液態(tài)電解液發(fā)生反應(yīng)，鋰金屬負極在循環(huán)過程中還伴有體積膨脹，會不斷暴露出新的界面，持續(xù)的與液態(tài)電解液發(fā)生反應(yīng)，生成不穩(wěn)定的SEI膜。

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只有解決這些問題，才能夠使鋰金屬負極真正的實用化。針對上述問題，研究者們也采取了諸多解決方案，包括集流體設(shè)計、人工SEI膜、電解液添加劑和固態(tài)電解質(zhì)等。其中固態(tài)電解質(zhì)被認為是最有效的解決方法。

固態(tài)電解質(zhì)包括聚合物電解質(zhì)和陶瓷電解質(zhì)，但陶瓷電解質(zhì)仍有許多問題，尤其是難以解決的固固界面問題。聚合物電解質(zhì)因其較好的對鋰穩(wěn)定性和力學性能吸引了大量研究工作者。現(xiàn)階段，固態(tài)聚合物的離子電導率還較低。引入塑化劑制備的凝膠聚合物電解質(zhì)具有較高的離子電導率，有著廣闊的應(yīng)用前景，是解決鋰金屬負極的問題的有效措施。為了實現(xiàn)凝膠聚合物電解質(zhì)的規(guī)模化運用，還需進一步的提高其電化學性能，設(shè)計新型的凝膠聚合物電解質(zhì)。

有鑒于此，清華大學深圳研究生院李寶華教授和曹江博士報道了一種3D交聯(lián)結(jié)構(gòu)的復合聚合物電解質(zhì)（3D-GCPE），其將表面接枝硅氧烷的納米SiO₂作為交聯(lián)劑，起到了顯著提高聚合物電解質(zhì)電化學性能和力學性能的作用。

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圖1該復合聚合物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)及制備過程

如圖1，分為三步：

1. γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷通過與納米SiO₂表面的羥基發(fā)生水解-縮合反應(yīng)，接枝在其表面，使納米SiO₂表面含有環(huán)氧官能團。

2. 接枝的納米SiO₂與聚乙二醇二縮水甘油醚（PEGDE）和聚醚胺（DPPO）在80°C的條件下聚合，得到復合聚合物膜。納米SiO₂表面的環(huán)氧基團會發(fā)生開環(huán)反應(yīng)與氨基結(jié)合，起到交聯(lián)劑的作用。

3. 將復合聚合物膜浸泡在液態(tài)電解液中，吸收至飽和后，即可得到凝膠聚合物電解質(zhì)。

制備的凝膠復合聚合物電解質(zhì)具有一種有機/無機復合的三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)給電解質(zhì)的性能帶來了極大提升。該凝膠復合聚合物電解質(zhì)電化學性能優(yōu)異，具有包括4.65×10^-3?S cm^-1的室溫離子電導率，5.4 V（vs. Li/Li⁺）的寬電化學穩(wěn)定窗口，以及0.45的鋰離子遷移數(shù)。力學性能也較好，拉伸強度和斷裂伸長率分別達到了8.95 MPa和181.9 %。

該電解質(zhì)對鋰金屬穩(wěn)定性很好，組裝的Li/3D-GCPE4/LFePO₄的循環(huán)性能和倍率性能優(yōu)異，1C循環(huán)500圈后的容量保持率在90%以上，在10C的倍率下，仍能保持124 mAh g^-1的高容量。另外，該電解質(zhì)配合高電壓正極材料4.5 V的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂和4.9 V的LiNi_0.5Mn_1.5O₄，同樣能表現(xiàn)出良好的循環(huán)性能。

圖2 (a) 線性PEO、純?nèi)S交聯(lián)聚合物（3D-GPE）和添加不同比例接枝納米SiO₂的三維交聯(lián)聚合物（3D-GCPE2、3D-GCPE4、3D-GCPE6、3D-GCPE8和3D-GCPE10）的XRD圖譜，（b）幾種不同配方聚合物電解質(zhì)的拉伸測試，（c）接枝納米SiO₂的含量對聚合物電解質(zhì)離子電導率的影響，（d）幾種不同配方的聚合物電解質(zhì)和液態(tài)電解液的離子電導率隨溫度的變化（5 °C~85 °C）。

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圖3（a）三維交聯(lián)聚合物電解質(zhì)（3D-GPE）、三維交聯(lián)復合聚合物電解質(zhì)（3D-GCPE4）和液態(tài)電解液的CV測試，（b）三維交聯(lián)復合聚合物電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)測試，（c-d）三維交聯(lián)復合聚合物電解質(zhì)和液態(tài)電解液分別組裝的Li/Li電池的恒流極化測試。

圖4幾種電解質(zhì)組裝的Li/electrolyte/LiFePO₄電池的循環(huán)性能：（a）1C倍率下的長循環(huán)性能，（b）不同倍率下的性能，（c）該復合聚合物電解質(zhì)和液態(tài)電解液在循環(huán)過程中的EIS測試及模擬電路（d-e）該復合聚合物電解質(zhì)和液態(tài)電解液在循環(huán)過程中的過電勢變化。

圖5 （a）幾種電解質(zhì)組裝的Li/electrolyte/ LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂電池的循環(huán)性能，（b）Li/3D-GCPE/LiNi_0.5Mn_1.5O₄電池的循環(huán)性能。

文章通過添加表面接枝硅氧烷的納米SiO₂作為交聯(lián)劑，得到了一種電化學性能優(yōu)異的復合聚合物電解質(zhì)，其配合鋰金屬負極具有極好的穩(wěn)定性，并能夠配合高電壓正極進行循環(huán)。該文提供了一種提高聚合物電解質(zhì)電化學性能的有效方法，并為高電壓電解質(zhì)的發(fā)展提供了新的研究思路。

Yinghua Zhu, Jiang Cao*, HongChen, Qipeng Yu and Baohua Li*. High electrochemical stability of a 3Dcross-linked network PEO@nano-SiO₂?composite polymerelectrolyte for lithium metal batteries. Journal of Materials Chemistry A,2019.

DOI:?10.1039/C9TA00560A