又薄又柔的固态电解质，让全固态锂电池飞起来！

锂离子电池是当今电池世界的霸主，随着对能量密度越来越高的要求，采用金属锂负极成为大势所趋，而金属锂负极进一步增加了电池安全风险。解决电池安全性能的重要任务，就这样落到了全固态锂电池的肩上。

为了获得与基于液体电解质的锂电池相当的能量密度，固体电解质需要具有高离子电导率、力学强度好、不可燃、化学稳定性等特性。然而，用于液体电解质的商业聚合物电解质隔板厚度仅有10μm左右，如果采用如此薄的固体电解质势必会极大地增加电池短路的风险。

有鉴于此，斯坦福大学崔屹课题组设计了一种全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物复合固体电解质，可以确保全固态锂离子电池的安全性能。

要点1：设计理念

复合固态电解质必须由坚固、不易燃的主体制成，采用具有垂直排列的纳米通道和锂离子导电SPE填料。高模量主体防止枝晶渗透，而对齐的通道增强SPE填料的离子导电性。复合电解质的超薄和聚合物-聚合物性能使得全电池具有极大的柔韧性，低电解质电阻和潜在的高能量密度。研究团队采用高模量的纳米多孔聚酰亚胺（PI）主体和PEO/锂双（三氟甲磺酰基）酰亚胺（LiTFSI）聚合物电解质进行概念验证，这种PI/PEO/LiTFSI固体电解质中，超薄多孔PI基质厚度仅8.6μm。

要点2：优异性能

虽然商业锂离子电池的理论能量密度接近480Whkg-1，但是当在计算中考虑金属壳体，正负极集流器时，理论值减少一半。如果进一步考虑隔板和液体电解质时，能量密度理论值还要进一步降低。然而，当使用PI/PEO/LiTFSI电解质（246Whkg-1）时，全固态电池的能量密度与液体电解质电池的能量密度相当，并且远高于其他的电解质电池。

全固态电池中超薄超轻的PI/PEO/LiTFSI（1.12mgcm-2）具有与隔膜/液体电解质（1mgcm-2）相似的面积密度，确保其优于其他固体电解质系统。由于全固态LIB的电池外壳可能比液体电解质LIB更简单，所以固体聚合物-聚合物复合材料LIB的能量密度可能会更高。进一步，通过高容量锂化学，例如硫和金属锂，可以实现更高的能量密度。

由于PI膜不易燃，力学强度高，即使经过1000多小时的循环，也可持续防止电池短路，保证安全性。垂直通道可提高注入的离子电导率（30°C时为2.3×10-4Scm-1），基于PI/PEO/LiTFSI固体电解质制造的全固态锂离子电池在60°C时具有良好的循环性能（C/2速率下200次循环），并可承受弯曲，切割和钉子穿透等测试。

小结

总之，这项研究设计了一种超薄、柔性、安全的聚合物复合固体电解质，为发展更安全、更高效的全固态锂离子电池起到重要推动和良好的借鉴。