准固态聚合物电解质是最有前途的长寿命锂金属电池候选电解质之一。然而，在室温下引入高离子电导率的增塑剂不可避免地会降低机械强度，并且需要很厚的电解质膜，这对电池的安全性和能量密度是不利的。

近日，中山大学吴丁财教授报道了利用聚合物刷拓扑工程的方法，设计了在增塑剂存在下具有高电导率和优异力学性能的超薄（10 µm）单锂离子导电准固态聚合物刷电解质（SLIC-QSPBEs）。

文章要点

1）SLIC-QSPBEs的灵感来自于软硬结合的管刷，这是一种清洁工具，由坚硬的钢丝主干和许多柔软的聚合物边纤维组成，用于清理各种形状的玻璃器皿。同样，这种超结构聚合物刷同时具有坚硬的纳米纤维主干和柔软的功能聚合物侧链，能够很好地平衡QSPE的机械强度和离子导电性。

2）作为概念演示，研究人员通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）从细菌纤维素（BC）纳米纤维中接枝聚(4-苯乙烯磺酰亚胺)（PLiSTFSI）和聚二甘醇单甲基醚甲基丙烯酸酯（PEGM）两嵌段共聚物合成了聚合物“瓶刷”（BC-g-PLiSTFSI-b-PEGM）。然后在BCG-PLiSTFSI-b-PEGM膜中加入25 wt%的增塑剂，制备出具有良好锂离子导电性和力学性能的SLIC-QSPBEs（BC-g-PLiSTFSI-b-PEGM/P）。

3）对于所制备的SLIC-QSPBEs，BC纳米纤维骨架提供了良好的机械特性，形成了高度多孔的三维纳米网络结构，具有丰富可移动锂离子的PLiSTFSI块保证了单一的锂离子导电行为，而PEGM块则提供了锂离子传输基质。此外，由于BC-g-PLiSTFSIb-PEGM的硬核（BC纳米纤维骨架）和软壳（PLiSTFSI-b-PEGM刷）的混合，即使在有增塑剂存在的情况下，这种SLIC-QSPBEs也可以在保证机械性能的前提下薄至约10 µm。这种超薄多孔电解质可以缩短离子传输距离，加速离子迁移。

4）得益于上述独特的纳米拓扑结构和多功能组分的协同效应，SLIC-QSPBEs可以消除浓差极化，增强离子导电性，提高力学性能，降低界面阻抗。实验结果显示，所构建的锂-金属对称电池具有超长循环稳定性，因此通过调节高分子纳米结构可以显著提高QSPEs的电化学性能。

参考文献

Minghong Zhou, et al, Ultrathin Yet Robust Single Lithium-Ion Conducting  Quasi-Solid-State Polymer-Brush Electrolytes Enable Ultralong-Life and Dendrite-Free Lithium-Metal Batteries, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202100943

https://doi.org/10.1002/adma.202100943