为了提升可充电电池的能量密度和安全性能，使用锂金属阳极和高电压阴极与固态电解质匹配被认为是最有效的途径之一。由锂盐和聚合物基质组成的锂离子聚合物电解质被认为是固态锂电池的有前途的固态电解质。然而，传统的由聚乙烯氧化物（PEO）为代表的固态聚合物电解质面临诸如低导电性（通常小于10-4 S cm-1）、不稳定的界面（导致电化学稳定性窗口低）和较差的机械性能等挑战。特别是，前两个限制直接阻碍了固态锂电池在功率和能量密度方面的进展，阻碍了聚合物电解质的进一步发展。尽管进行了广泛的相关研究，但很少有研究能够同时有效解决聚合物电解质的导电性和稳定性问题。在固态聚合物基质中，离子导电性主要受链段运动的影响，以及解离载体离子的数量和它们的迁移率。通过设计柔性链段（如-C-O-C-单元）相对直接地实现前者。近年来，研究重点转向后者，通过设计聚合物离子液体（PIL）。将离子液体单元并入PIL链的重复单元中，有望提高载体离子密度。然而，由于库仑相互作用，大量的固态阳离子-阴离子对倾向于在PIL中自聚集，因此无法提供有效的离子传导。削弱阴离子与阳离子（Li+）的结合对于提高聚合物基质中的Li+导电性至关重要。这可以通过引入阴离子受体来实现，这一概念在电解质化学中广泛应用，例如，利用缺电子的含硼分子有效解离阴离子，打破离子对。关于增强界面稳定性，将抗高电压的稳定段并入聚合物基质是一种既定且有效的策略，以改善界面稳定性，如广泛报道的那样。除了常见策略之外，最近的研究显示，液态电解质中无机阴离子（如PF6-和TFSI-）的分解产生无机锂亲富界面，从而实现高电池稳定性。阴离子的电化学分解与其配位微环境密切相关。因此，可以合理预期，在含有阴离子受体的聚合物基质中，适当的阴离子配位可能有助于阴离子参与界面生长。一个关键的挑战在于如何控制由阴离子受体调节的固态电解质中阴离子的电化学分解，以在SSLBs中构建稳定的界面层，从而稳定聚合物电解质。总体而言，聚合物电解质中的阴离子种类可能至少发挥两个关键作用：调节阳离子状态和影响界面生长过程。然而，目前对聚合物电解质中阴离子化学的重要性的研究关注有限。
近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所沈炎宾团队提出了一种设计概念，即阴离子调控的聚合物电解质（称为AMPE），用于高电压锂金属电池。具体来说，团队通过结合高电压耐受单元和高电荷密度单元以及阴离子受体单元，设计了一种多功能聚合物。这种聚合物电解质展现出较高的离子导电性和良好的界面稳定性。高电压耐受部分由1-烯丙基-1-甲基吡咯烷鎓双(三氟甲磺酰)亚胺（IL）和3-磺烯（SE）组成，它们在聚合物链中发挥着整体电压耐受的作用。而高电荷密度的IL单元确保了足够的载体离子，B-HEMA阴离子受体作为关键调节器，其特征是缺电子的硼（B），通过解离阴-阳离子对促进自由Li+的生成，从而提高导电性。同时，缺电子B与TFSI−之间的强相互作用显著促进了TFSI−的分解，使得在锂金属阳极上形成了稳定的阴离子衍生的类似镶嵌的固态电解质界面（SEI）。因此，AMPE展现出高达3.80×10−4 S cm−1的Li+导电性，并有效抑制锂枝晶，使得全固态Li|AMPE|LiCoO2电池在4.40 V的操作电压下实现了700个循环的寿命。
该成果以 "Anion Modulation: Enabling Highly Conductive Stable Polymer Electrolytes for Solid-State Li-Metal Batteries" 为题发表在《Angew.andte Chemie International Edition》期刊，第一作者是Zhao Liyi。
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