近年來,通過路易斯酸引發的環開聚合(ROP)在DOL中原位制備聚(1,3-二氧環烷)(PDOL)GPEs受到了廣泛研究,因為它們具有良好的界面兼容性和高離子導電性。33盡管這種引發方法相對溫和,不需要高溫,但外部條件的變化(如溫度)容易導致提前引發和失控的聚合,從而造成前體溶液的浪費。因此,PDOL GPEs的工業規模生產仍然具有挑戰性。受到自然界種子萌發機制的啟發——生化過程僅在特定環境信號(如土壤接觸和養分可用性)下開始——我們開發了一種可回收的引發劑界面生長聚合(IGP)策略(圖1B)。這種方法從根本上重新設計了引發步驟以實現可持續性。在我們的系統中,二硫化鉬(MoS2)在常規電解質(1 M LiTFSI in DOL)中與雙(三氟甲磺酰)亞胺(TFSI?)發生電荷轉移,生成陽離子活性位點,在常溫下自發引發DOL的ROP,無需任何外部消耗性引發劑(圖1C)。關鍵的是,MoS2通過簡單的洗滌和干燥循環實現閉環再生,首次循環回收率為95%,即使在連續10次回收后仍保持聚合引發活性。采用這種策略,我們將MoS2固定在電池隔膜上。注入電池后,液態電解質通過IGP自發轉化為有機-無機混合固體電解質。S-Mo原子在復合界面處的非均勻電荷分布不僅加速了Li+的傳輸,還將陰離子限制在Li+溶劑化殼內,促進了LiF?和Li2S主導的致密SEI的形成。得益于這種精確設計的界面,混合電解質表現出優異的離子導電性(30°C時為0.25 mS cm?1?2下的循環壽命超過3000小時)。此外,簡化的卷對卷涂層技術實現了100米長的功能化隔膜的工業規模生產,將電解質制造成本降至0.67美元/平方米,僅為PEO電解質的3.3%。配備這些隔膜的7安時級 pouch 電池在30°C下表現出穩定的循環性能和418瓦時/千克的高能量密度。重要的是,這里使用的MoS2 IGP概念不僅限于單一材料系統;我們還展示了其在其他二維過渡金屬硫屬化合物(2D TMDs)中的適用性,以及其聚合各種環狀醚和環氧單體的能力。這種固有的多功能性,加上其可持續性,使IGP策略成為開發高性能、可擴展SSLMBs的廣泛適用且前景廣闊的途徑。
IGP機制與表征
IGP的概念源于將商業MoS2粉末引入基于DOL的電解質(1 M LiTFSI in DOL)時觀察到的意外物理化學轉變。34與典型的沉淀預期相反,混合物在室溫下約30分鐘內逐漸轉變為半流體物質,1小時后進一步演變為類似凝膠的物質(圖S3)。這種生成的凝膠相與原始的粉末狀MoS2明顯不同。