摘要：PEO基固体聚合物电解质因易于加工和良好的物理接触而显示出巨大的应用前景，但有限的工作电压和未充分探索的正极界面反应机制阻碍了基于高能量密度的聚环氧乙烷（PEO）基全固态锂电池的应用。

PEO基固体聚合物电解质因易于加工和良好的物理接触而显示出巨大的应用前景，但有限的工作电压和未充分探索的正极界面反应机制阻碍了基于高能量密度的聚环氧乙烷（PEO）基全固态锂电池的应用。

在此，湖南大学刘继磊、吴剑芳等人提出改变界面反应参数（k）来揭示电压≥ 4.2 V下正极-电解质-界面（CEI）的离子-电子传导转变和动力学形成机制，进而构建以离子导体为主的CEIs实现4.4 VPEO基全固态电池。研究显示，当开路电压≥4.2V时，求得k1和k2；k2 小于 k1，表明 CEI 的离子到电子传导转变。

此外，在高浓度固体电解质中引入LiPO2F2，离子导体Li3PO4和LixPOFy在CEI中占据主导地位，克服了离子到电子的传导转变；所得4.4V电池的放电容量为130mAh/g，100次循环后容量保持率为90%，约为普通PEO基全固态电池的2倍。

图1. PEO SE 的 ASSLB 的电化学性能和正极界面特性

总之，该工作通过分析界面电阻获得的 K值变化来评估基于 PEO 的 ASSLB 中 CEI 的离子到电子传导转变。研究显示，当与工作电压≥4.2 V的正极耦合时，正极/SE界面反应动力学随时间变化，表明CEI中发生离子到电子的传导转变。

基于此，通过在高浓度固体电解质中引入 LiPO2F2，克服了离子到电子传导转变，提高了 4.2 V（100 个循环中的 89%）和 4.4 V 电池（100 个循环中的 90%）的容量保持率。因此，该项工作为解决 PEO SE 对高压正极稳定性差的问题提供了新的见解和策略。

图2. 电池性能

Suppressing Ionic-to-Electronic Conduction Transition on Cathode Interface Enables 4.4 V Poly(ethylene oxide)-Based All-Solid-State Batteries, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.4c02840

刘继磊 湖南大学材料科学与工程学院副院长，教授，博士生导师，卓越工程师学院副院长，岳麓学者，国家高层次人才，湖湘高层次人才聚集工程创新人才，湖南省杰出青年基金获得者，湖南省清洁能源材料及技术国际联合实验室负责人。

主要研究方向为高性能电化学储能材料和器件设计、优化和机理研究。在PNAS、Advanced Materials、Nature Communications、Nano Letters等国际知名期刊发表SCI 论文110余篇；论文被Google Scholar他人引用超13000余次，H-index为50；荣获国际电化学学会电化学材料科学奖（2020年）、金刚石与碳材料早期职业生涯奖（2021年）。2024年入选全球前2%顶尖科学家。

来源：华算科技