在聚氧化乙烯（PEO）基聚合物电解质中引入功能性添加剂，是提升其离子电导率和界面稳定性的有效策略。然而，传统添加剂虽能通过降低PEO结晶度来提高离子电导率，却不可避免地削弱了电解质膜的结构强度和机械性能。同时，无机添加剂易发生团聚现象，不仅破坏了其与聚合物基体的相容性，还导致电解质膜均匀性下降。更为关键的是，传统添加剂所形成的固体电解质界面（SEI）化学性质欠佳，不仅降低了电解质对锂金属的化学稳定性，还严重阻碍了界面处的锂离子传输动力学性能。这些局限性极大地制约了PEO基电解质在高性能固态电池中的应用前景。

针对上述问题，中国科学院上海高等研究院（以下简称“上海高研院”）原位电子结构团队的张念副研究员，中国科学技术大学的冯雪飞研究员和刘啸嵩教授通过向PEO中添加香豆素（coumarin）作为多功能小分子添加剂，显著提升了PEO基复合电解质的离子导电性和界面稳定性。并将团队章辉副研究员在BL02B实验站开发的共振俄歇谱学技术推广到固态电解质的研究中（Nature Communications 2024, 15 (1), 2777），深入揭示了香豆素在改善电解质界面的作用机制，相关成果以A Multifunctional Molecular Modulated Strategy Featuring Novel Li⁺ Transport Centers and Li₂O-Rich SEI Layer for High-Performance All-Solid-State Lithium Metal Batteries为题发表在Angewandte Chemie International Edition上。

图1 香豆素提升复合固态电解质离子传导能力和界面稳定性作用机理图

在复合电解质体系中，香豆素与PEO之间的协同效应使得小分子香豆素能够沿PEO链段快速往复运动，这种独特的分子级运动显著缩短了锂离子结合位点之间的跃迁距离，并构建了局部紧密配位的离子传输中心，从而大幅提升了锂离子迁移速率和电解质离子电导率。此外，利用BL02B软X射线吸收谱结合共振俄歇吸收谱技术，揭示香豆素通过其羰基作为牺牲剂优先与锂金属负极反应，有效抑制了PEO和锂盐在循环过程中的分解。香豆素作为原位Li₂O诱导剂，促进了致密且光滑的富Li₂O固体电解质界面（SEI）的形成，并在界面处实现了更快的离子扩散动力学。作为一种多功能、低成本的高效添加剂，香豆素也展现出巨大的商业化应用潜力。

论文第一作者为上海高研院与中国科学技术大学联合培养学生吴淑芬，通讯作者为上海高研院张念副研究员，中国科学技术大学冯雪飞研究员和刘啸嵩教授。本工作得到了国家重点研发计划，自然科学基金面上项目和基于上海同步辐射光源的能源环境新材料原位电子结构综合研究平台（ME2）以及合肥自由电子激光AFM-IRFEL线站的大力支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202422942