近日，我?；瘜W化工與生命科學學院劉金平教授團隊，在國際頂級材料期刊《Advanced Materials》上發表了題為“Filler-Integrated Composite Polymer Electrolyte for Solid-State Lithium Batteries”的評述性論文。碩士生劉帥磊為論文的第一作者。

當前，鋰離子電池已廣泛應用于人們日常生活的方方面面，這項技術也因此獲得了2019年諾貝爾化學獎。然而，隨著新能源汽車、智能電網、物聯網等前沿領域的興起，傳統鋰離子電池逐漸無法滿足應用需求。一方面，有機液態電解質有毒、易燃、易泄漏、熱穩定性差，存在本質安全隱患；另一方面，液態鋰離子電池的能量密度瓶頸難以突破。發展固態鋰電池成為解決上述關鍵問題的重要途徑之一，近年來得到了學術界和產業界的廣泛關注。其中，設計具有優異抗枝晶生長能力和本質安全的新型固態電解質是推動高能固態鋰電池發展的關鍵所在。

由聚合物、鋰鹽和填料組成的復合聚合物電解質（CPEs）不僅具有常規聚合物電解質（SPEs）的易加工優點，而且有望同時實現高離子電導率，近些年取得了巨大的進展。這種增強通常歸因于填料-聚合物和填料-鹽相互作用的Lewis酸堿模型，降低了聚合物的結晶度，促進鋰鹽的解離或構建新的快速離子傳輸通道(滲透的活性填料相和填料-聚合物界面相)。當前盡管已有一些關于CPEs的總結，但均集中在CPEs電解質本身，鮮有文獻從界面的角度分析填料-聚合物界面對離子電導率的影響機制以及填料對電極-電解質界面的調控原理。

劉金平教授團隊近期聚焦固態儲能器件的研究，設計了新型高鹽聚合物電解質體系，提升了固態聚合物電解質的室溫離子電導率（>10-4 S cm-1）；發展了離子-電子雙導通序構電極，并進一步提出和構建了一體化固態電池，保障了電極/電解質三維界面結合，同時最大化提升了器件能量密度與功率密度（Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 12931；Advanced Materials, 2021, 33, 2004959）?；谇捌谘芯炕A與理解，在本論文中，團隊從界面設計的視角對含填料復合聚合物電解質領域的最新研究進行了系統討論，提出了設計與調控原理及潛在研究方向。論文首先簡要介紹了填料的種類及其提高離子電導率的機理，以及特殊功能填料的研究進展。其次，重點地、系統地介紹了界面結構的設計原理，特別是填料尺寸、濃度和復合策略對填料-聚合物界面的關鍵影響及規律；討論了填料促進電極-電解質界面原位形成Li+導電界面相的原理和特獨優勢。最后，特別提出了4個高性能CPEs及其固態鋰電池研究的重要方向，以期能推動聚合物固態電解質從基礎科學研究走向實際應用。

劉金平，武漢理工大學化學學科首席教授、博士生導師，入選國家級人才計劃，為英國皇家化學學會會士（FRSC），長期從事固態電解質與固態電池、水系電池、超級電容器領域的研究。

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202110423

（審稿人：謝智中）