单锂离子导电准固态聚合物刷电解质：无枝晶锂金属电池
在过去的几十年，锂离子电池的能量密度已经达到250 Wh kg-1、但仍不能满足能源时代电动汽车、无人驾驶飞机、智能电网的快速扩张和前所未有的电能消耗需求，因此推动更高能量密度的储能装置发展势在必行。目前，由具有最高能量密度 (3860 mAh g-1) 和最低电化学电位 (-3.04 V vs 标准氢电极) 的金属锂阳极组成的锂金属电池 (LMBs) 被认为是最有希望的高能量密度电池候选者之一。然而，传统电池结构中锂金属阳极的直接使用会受到安全问题的阻碍，特别是锂枝晶的生长可能会穿透隔膜，从而导致短路甚至火灾。因此，人们开发了大量的方法来改善锂金属电池各种组件的性能，包括电极、隔膜、集流体、固体电解质和界面工程。在这些进展中，探索稳定、安全的固态电解质尤为关键和必要，因为固态电解质可以有效地改善传统液体电解质带来的安全问题。
图片鉴于此，来自于中山大学的吴丁财教授利用聚合物刷拓扑工程设计了一种在增塑剂存在下具有高电导率和优良力学性能的超薄(10µm)单锂离子导电准固态聚合物刷电解质(SLIC-QSPBEs)。该研究以题为“Ultrathin Yet Robust Single Lithium-Ion Conducting Quasi-Solid-State Polymer-Brush Electrolytes Enable Ultralong-Life and Dendrite-Free Lithium-Metal Batteries” 的论文发表在最新一期《Advanced Materials》上。
文章亮点：
(1) 对于所制备的 SLIC-QSPBE，细菌纤维素（BC）纳米纤维骨架提供了强大的机械性能并形成了高度多孔的 3D 纳米网络结构，具有丰富可移动锂离子的聚(4-苯乙烯磺酰亚胺) (PLiSTFSI)保证了单一的锂离子传导行为，聚二甘醇单甲基醚甲基丙烯酸酯（PEGM）提供了锂离子传输基质。而且，即使在增塑剂的存在下，制备的SLIC-QSPBEs在保证机械性能的前提下也可以薄到10μm左右。
(2) 由于具有上述独特的纳米拓扑结构和多功能组分的协同效应，SLIC-QSPBEs可以有效地消除浓差极化，提高机械性能，增强离子导电性以及降低界面阻抗。使用SLIC QSPBE组装成的Li/Li对称电池在电流密度为1 mA cm-2时可逆实现稳定的镀锂/剥锂超过3300h以上。
图1 QSPEs固态锂金属电池结构及镀锂/剥锂行为的示意图
图2 电化学性能测试
