最近利用21m“盐包水”（WiS）将水系电解质的电化学稳定窗口扩展到3.0V的成功，为开发安全的水系锂离子电池提出了更高的期望。然而，由于正极电压的限制（1.9 V vs. Li/Li⁺），目前最兼容的Li₄Ti₅O₁₂负极仍然不能在WiS电解质中使用。

近日，马里兰大学Chongyin Yang，王春生教授报道了通过将WiSE固化到甲基丙烯酸聚合物网络中，开发了一种固态水性聚合物电解质（SAPE）。

文章要点

1）与传统的固体聚合物电解质相比，所获得的SAPE电解质具有更高的离子电导率。与以往报道的离子液体研究相比，WISE的协同作用增强了离子输运性能。水分子的活性通过交联的固态聚合物和高浓度盐进一步稳定在聚合物网络中。 此外，LiF-Li₂CO₃ SEI在最初的充电/放电循环中形成，这抑制了后期循环中的水分流失。为了进一步防止初始循环中的水分流失，在负极和电解质之间插入了无水的薄PEO-LiTFSI-KOH SPE界面，以进一步提高库仑效率。

2）实验结果表明，UV交联和局部碱性SPE对负极的综合影响将固态水性聚合物电解质的电化学稳定性窗口扩展到〜3.86 V。无隔膜水系LiMn₂O₄//Li₄Ti₅O₁₂全电池具有实用的正极和负极容量比（1.14），在0.5 C下，具有151 Wh kg^-1的稳定能量密度，初始库仑效率为90.50％，并且超过600个循环后，平均库仑效率为99.97％，这在先前水系LiMn₂O₄ // Li₄Ti₅O₁₂全电池中从未有过报道。将活性物质的面积容量提高到1.5 mAh cm^-1可以提高电池的能量。

3）组装的LiMn₂O₄/12m SAPE@SPE/Li₄Ti₅O₁₂袋式电池具有与相应纽扣电池相似的循环能力。通过以不同的角度和时间弯曲并在空气和水中切割后，袋式电池仍然保持高性能。此外，以12m SAPE作为粘合剂的超厚LTO电极也被证明是固态电池电极。并用12m SAPE @ SPE电解质，成功组装了一个高压（7.4 V）固态双极电池。具有超强耐用性的无隔板柔性SAPE LMO // LTO电池可广泛用于低成本和高安全性的柔性电子设备。

C. Wang, et al, “Water-in-salt” Polymer Electrolyte for Li-ion Batteries Energy Environ. Sci., 2020

DOI: 10.1039/D0EE01510E

https://doi.org/10.1039/D0EE01510E