固态锂金属电池（LMBs）作为新一代储能器件，凭借其优异的安全性能和超高能量密度特点，成为当前研究热点。在众多固态电解质体系中，聚碳酸酯基材料因其独特的优势脱颖而出，不仅具有宽广的电化学稳定窗口，还展现出高于传统固态聚合物电解质的离子迁移率。
在此，武汉理工大学徐林，新加坡国立大学何超斌团队开展联合研究，创新性地采用氟代丙烯酸酯和碳酸亚乙烯酯（VC）单体的原位共聚技术，开发出一种新型聚酯基电解质PTV-SPE。
该电解质通过原位形成的侧链锚定效应，能够有效保护环状碳酸酯结构中的酯基官能团，显著改善了聚碳酸酯电解质与锂金属负极的界面相容性，并提升了聚合物电解质基质的化学稳定性。
研究团队综合运用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）、X射线光电子能谱（XPS）以及从头算分子动力学（AIMD）等多种表征手段，首次系统阐明了聚碳酸亚乙烯酯基电解质（PVC-SPE）在锂金属界面的降解机制。
图1. 电解质的设计与表征
总之，该工作提出了一种简便策略，通过原位锚定保护性侧链到聚碳酸酯基固态聚合物电解质中，有效抑制其界面降解。该策略使侧链通过氢键锚定形成受限构象，从而屏蔽环状碳酸酯结构中的可降解酯键，抑制了锂离子传输脆弱结构的界面降解。这一独特设计提高了环状碳酸酯结构的阳极化学稳定性，使PTV基对称电池在0.5 mA cm-2电流密度下实现了超过1000小时的稳定锂沉积/剥离循环。
此外，相应全电池也展现出超过1000次的稳定循环性能，容量为0.8 Ah的实用软包电池同样表现出稳定的循环特性。因此，该工作为制备高稳定性聚碳酸酯基固态锂金属电池提供了一条可行路径。
图2. 电池性能
Anchoring Side Chains to Carbonate Groups for Reviving Stable Polycarbonate-Based Solid-State Lithium Metal Batteries, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.5c00760
徐林，武汉理工大学材料复合新技术全国重点实验室教授，博士生导师，入选国家级高层次青年人才项目。2013年在武汉理工大学获博士学位，随后在美国哈佛大学（2013-2016）和新加坡南洋理工大学（2016-2017）从事博士后研究。主要从事纳米储能材料与器件研究，包括固态电池、水系电池等高安全电池体系，重点围绕纳米材料界面的设计构筑、原位表征及电化学性能。研究成果发表在Nature Nanotech., Nature Commun., Adv. Mater., JACS, Angew. Chem., Adv. Energy Mater., Nano Lett., Chem, Joule等学术期刊。
何超斌，新加坡国立大学材料科学与工程系教授，博士生导师，同时担任新加坡科技研究局（A*STAR）材料研究与工程研究院（IMRE）首席科学家。于1994年在英国剑桥大学材料科学系获得博士学位，随后在剑桥大学卡文迪什实验室和美国南密西西比大学从事博士后研究。1999年加入IMRE，2010年起在新加坡国立大学任教。主要从事聚合物基复合材料、功能性纳米复合材料和绿色可持续材料的研究，涵盖热塑性纤维增强复合材料、氢/氨储运复合材料、绿色塑料增韧、固态电池和热电材料等方向。研究成果发表在Adv. Mater., JACS, Adv. Sci., ACS Macro Lett., Carbon, Macromolecules等期刊。