全固态锂金属电池解决了金属锂与液体电解质、枝晶生长相关的关键安全问题，不仅解决了电池的安全隐患，更进一步提升了电池的能量密度。固体聚合物电解质由于其固有的柔顺性和加工性能，以及可通过单体原位聚合在电极处形成界面良好的共形接触而受到了广泛的关注。

青岛科技大学王庆富教授、孙靖江博士研究团队提出了一种分子工程策略，通过构建交替的碳酸酯-醚键结构来协同提高电化学稳定性和离子传输动力学。具体来说通过原位开环聚合碳酸酯官能化的大分子聚醚单体和双环聚碳酸酯单体，形成一种新型的交联聚碳酸酯-聚醚网络。碳酸酯基团（提供电化学稳健性）和柔性聚醚链段（促进离子迁移）交替排列建立了“刚性-柔性”的分子结构，从根本上解决了传统聚合物电解质的导电性-稳定性矛盾。(1) 精确设计的交替结构有效地抑制了聚醚链段的结晶。(2) 缺乏电子的碳酸酯基团削弱聚合物与Li⁺的相互作用，促进离子解离。(3) 独特的结构-组成协同效应实现了前所未有的高电化学稳定性。(4) 原位聚合方式保证了优异的电解质-电极界面性能。(5) 该电解质可在环境中降解成CO₂和可重复使用的单体，展示了闭环可回收性，解决了与电解质相关的关键环境问题。

图1 交联聚合物电解质制备降解及电化学性能示意图。

研究团队设计合成了一种带有碳酸酯环的聚醚单体，通过与其他碳酸酯单体以及锂盐混合后，在催化剂作用下经引发剂引发制备原位的聚碳酸酯-聚醚交联网络，实现了高室温离子电导率 (1.37 × 10^-4 S cm^-1)、超宽电化学稳定性 (5.9 V) 和高机械性能的结合。原位聚合确保了电极-电解质界面的无缝界面连接，实现了0.025 mA cm^-2电流密度下5500小时以及0.1 mA cm^-2电流密度下3500小时的镀锂/脱锂测试。组装的LFP/Li电池在0.2 C和60 ℃下初始放电比容量为150.6 mAh g^-1，在1200次循环后保持了85.8%的容量保留率。LCO/Li和NCM600/Li电池均表现出优异的循环性能，进一步证实了该电解质体系在宽温度范围高电压锂金属电池应用中的潜力。此外，LFP/Li软包电池在室温下显示循环稳定性，并在极端机械变形下保持功能，即使在弯曲和切割后也能为LED灯供电。

图2 原位开环聚合制备碳酸酯基交联聚合物电解质。

该工作以研究论文的形式发表于国际知名期刊ACS Sustainable Chemistry & Engineering（一区Top期刊，IF=7.30）上，题目为“Molecularly Engineered Alternating Carbonate-Ether Solid Polymer Electrolytes via In Situ Ring-Opening Polymerization for Sustainable High-Voltage Lithium Metal Batteries”。青岛科技大学为文章的唯一通讯单位，通讯作者为高分子科学与工程学院王庆富教授和孙靖江博士，博士研究生王成良为论文第一作者。

论文链接为：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.5c07566。本工作得到了科技部国际科技援助计划、山东省自然科学基金、青岛新能源山东实验室开放项目和国家自然科学基金项目的资助。