成果核心内容：康奈尔大学Lynden A. Archer团队研究了由微米级氧化锂（Li?O）颗粒分散在可聚合1,3-二氧戊环（DOL）液体中的固态电解质（SSEs），通过电池内部路易斯酸盐引发开环聚合反应，制备出具有梯度特性的聚合物 - 无机混合电解质，该电解质在Li||NCM811和无负极Cu||NCM811电化学电池中表现稳定，提高了离子传输效率、库仑效率，延长了电池循环寿命。相关成果发表于《Science Advances》。
锂金属因能显著提高负极理论比容量，是替代锂掺石墨材料的理想选择，但高化学活性和低还原电位带来技术挑战。
固态电解质（SSEs）为锂金属电池提供更安全稳定的选择，但存在室温离子电导率差、电极 - 电解质接触不良的问题。
无机 - 有机混合电解质能提供高离子电导率和与SSEs相当的机械强度，但悬浮电解质多用电化学惰性纳米颗粒，少有研究涉及较大微球体系。本文探讨微米级Li?O颗粒在可聚合DOL液体中分散形成的SSEs，通过电池内部开环聚合反应制备渐变性质聚合物 - 无机混合电解质。
混合电解质结构形成：通过力平衡方程分析，半径大于临界值的颗粒在悬浮液中沉降形成两相材料。Li?O/DOL悬浮液在路易斯酸引发聚合反应后形成两相材料，含富含Li?O的液态层和稀少Li?O的聚（DOL）层。Li?O颗粒中和引发聚合的路易斯酸，使高浓度颗粒区域聚合反应逐渐停止。颗粒大小分布分析显示大颗粒自发沉降，小颗粒留在上层液体。SEM和FTIR分析确认了两相结构存在。
混合电解质性能表现：在实际应用中，这种两相电解质在Li||NCM811和无负极Cu||NCM811电池中性能不同。FTIR和SEM分析验证聚（DOL）主要形成在正极附近，负极附近富含Li?O颗粒。
混合电解质优势特点：添加Li?O提供机械增强，悬浮液表现出随颗粒浓度增加的屈服行为和更高模量。混合电解质离子电导率高于两种前体材料，低至 - 30°C仍保持较高离子电导率，电导率随聚合时间演变，温度依赖性测试中显示间断跃变缓解，在高电压锂金属电池中应用前景广阔。
测试平台重要性：无负极锂电池是评估混合或固态电解质特性的重要平台，消除处理锂金属的安全问题，提高电池能量密度，但可靠性受界面反应活性和锂不均匀沉积阻碍。
混合电解质表现：含10% Li?O/DOL悬浮液的混合电解质在无负极Cu||NCM811电池中循环稳定性显著，库仑效率（CE）接近97%，放电容量显著高于控制电解质。
相关分析结果：拟合实验数据估算电池有效CE约为0.994，表明混合电解质提供额外锂补偿循环损失。XRD和拉曼光谱分析表明电极中形成Li?O?。循环伏安图和XPS分析表明Li?O颗粒参与可逆氧化还原反应，解释了其延长无负极电池循环寿命的作用。不同速率下循环测试表明电池在高电流密度下也能保持稳定性能。
总结与展望：该项研究通过在DOL中分散微米级Li?O颗粒并在电池内部通过Al(OTf)?引发开环聚合反应，成功制备出具有梯度特性的混合固态电解质。这些电解质室温离子电导率卓越，在Li||NCM811和无负极Cu||NCM811电池中循环性能长期稳定。实验和分析发现混合电解质能在电池负极附近实现Li?O颗粒的可逆氧化还原反应，每个循环贡献少量锂，有效补偿寄生损失，显著延长电池循环寿命。这一发现表明混合电解质不仅能高效传导离子，还能通过内部化学反应提供额外锂源，在实际应用中性能优异，为开发高性能锂电池，尤其是提升无负极电池的循环寿命和稳定性提供了重要实验依据。
文献信息：Chung, S. H., Manthiram, A. (2020). Solid-state polymer-particle hybrid electrolytes: Structure and electrochemical properties. Science Advances, 6(25), eaay6893.
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