图1.（左）离子液晶型固体电解质示意图，（右）离子塑晶固体电解质示意图

图2.离子塑晶固体电解质在不同温度条件下的性状

锂离子电池（LIBs）是当今最重要的储能及供能器件，其已被广泛应用于日常生活的方方面面，如智能手机、数码相机、笔记本电脑、电动汽车等领域。正极、负极和电解质是LIBs的三大核心组件，但自日本SONY公司于1991年将LIBs成功商业化以来，LIBs的电解液至今仍采用传统的液体电解液。这意味着，目前LIBs在电解质的制备过程中，不可避免地会使用具有挥发性和易燃性的小分子电解液（如碳酸丙烯酯PC、碳酸二乙酯 DEC等)），致使LIBs在使用过程中容易产生起火，爆炸等安全事故，研发一种在室温条件下具有高离子电导率的固态电解质成为解决该问题的有效手段之一。遗憾的是，传统固态电解质（包括固体聚合物电解质、无机氧化物、硫化物及卤化物电解质和复合固体电解质）存在室温离子电导率较低（10^-8—10^-5 S cm^-1）或与电极间的界面阻抗较大的问题，不能满足LIBs的实际使用要求。因此，开发一种具有室温高离子电导率、高电化学稳定性、柔性、制备条件相对温和的固态锂离子电解质迫在眉睫。

图3.所开发离子液晶及离子塑晶聚合物固体电解质的空间结构示意图

基于此，在课题组前期工作基础及量子力学补偿阿伦尼乌斯方程（QCA）（Electrochimica Acta, 2019，294，249-259；Journal of Power sources, 2019，444，227305；Journal of Polymer Science, 2020,58,3480-3487等）的理论指导下，王继亮、包黎霞课题组通过分子设计及计算机模拟，成功制备了一系列具有高度空间有序结构的低活化能离子液晶或离子塑晶聚合物固体电解质（如图1-图3所示），所得固体电解质的室温离子电导率可达10^-3 S cm^-1数量级，可满足LIBs的实际使用需求。同时，得益于巧妙的分子设计，所开发离子液晶或离子塑晶聚合物固体电解质具有优异的柔韧性和抑制锂枝晶生长的能力，电解质在不同电流密度下，循环充放电500小时无锂枝晶生长，无短路现象（如图4所示）。

图4. 离子塑晶聚合物固体电解质的500小时充放电循及电子探针显微镜测试结果

相关研究结论以“Organic fast ion-conductor with ordered Li-ion conductive nano-pathways and high ionic conductivity for electrochemical energy storage”（2022，66，647-656， https://doi.org/10.1016/j.jechem.2021.09.011）和“Poly(carbonate)-based ionic plastic crystal fast ion-conductor for solid-state rechargeable lithium batteries”（in press）为题发表于本领域的国际知名期刊Journal of Energy Chemistry（化学1区Top，即时IF=13.25）。论文投出就得到审稿人的充分认可，其一致认为本研究可为高性能全固态锂离子电池的开发提供新的策略。论文第一作者为高分子化学与物理专业2019级硕士研究生杨一滨、周贺及谢佳颖（共同一作）。

上述工作得到国家自然科学基金、云南省科技厅“重大科技专项”、云南省“千人”计划、云南省“万人”计划、云南省基础研究计划和云南大学研究生创新研究计划的资助。