离子筛分杯芳烃填料促进高负载锂金属电池准固态电解质中的Li⁺传输

    近日，研究团队在锂金属电池方面取得新进展，该成果以“Ion‐Sieving Calixarene Fillers Boost Li⁺ Transport in Quasi‐Solid Electrolytes for High‐Loading Lithium Metal Batteries”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上。

    锂金属负极因具有极高的理论比容量（3860 mAh g⁻¹）和最低的电位（-3.04 V）而备受关注，但其严重的枝晶生长和不稳定的固态电解质界面（SEI）问题制约了实际应用。针对上述挑战，本工作设计了一种基于杯[6]芳烃（C6A）功能化的准固态电解质（PECQSE），通过原位聚合构建高分子交联网络，并将C6A作为功能性填料均匀分散。C6A具有独特的空腔结构（上腔8.5 Å、下腔5.5 Å），可利用尺寸选择性机制：小尺寸的Li⁺（0.76 Å）可低能垒通过空腔内的氧配位位点快速迁移，而体积较大的TFSI⁻（7.9 Å）因空间位阻和氢键作用迁移受限，使Li⁺迁移数提升至0.76。同时，C6A的酚羟基与聚合物链段形成多重氢键，有效降低PEO结晶度，促进了锂盐解离和长程Li⁺传导，室温离子电导率达0.89 mS cm⁻¹。该电解质诱导形成了富含LiF/Li₂O的稳定SEI层，有效抑制了锂枝晶生长。因此，Li||Li对称电池在1 mA cm⁻²条件下可稳定循环超过7000小时；高负载LiFePO₄||Li全电池（10.5 mg cm⁻²）在2 C倍率下循环700圈容量保持率为80.6%；1 Ah软包电池在0.5 C下循环240圈容量保持率达91.8%，且通过切割、折叠等安全测试。本工作为开发高性能准固态电解质提供了基于杯芳烃超分子化学的离子筛分新策略。