設(shè)計滿足固態(tài)電池運行要求的固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池應(yīng)用的關(guān)鍵。人們一致認(rèn)為，固態(tài)電解質(zhì)需要允許快速的離子傳輸，同時提供更好的界面兼容性和機(jī)械耐受性。

圖1. 材料設(shè)計及表征

青島科技大學(xué)張建明、陳玉偉、美國南密西西比大學(xué)Zhe Qiang、特拉華大學(xué)Kun Kelvin Fu等提出了一種簡單但有效的策略，將硬組分和軟組分聚合物系統(tǒng)相結(jié)合，通過原位接枝聚合開發(fā)了具有3D網(wǎng)絡(luò)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）。

具體而言，作者采用一種環(huán)保的干法制備了一種接枝自組裝多孔磺化纖維素納米晶體（CNC）–PAN（CNC-PAN）。多孔CNC-PAN粉末是通過丙烯腈（AN）在一維磺化CNC水溶液中原位聚合制備的，它可以被少量LiTFSI/EC溶液完全潤濕，并被壓縮成薄的SPE膜。

與傳統(tǒng)的填料復(fù)合方法相比，反向組裝提高了填料的均勻分散性，干法成膜工藝完全避免了現(xiàn)有工藝存在的問題，具有加工方便、制備規(guī)模大、僅使用少量溶劑等優(yōu)點。當(dāng)CNC接枝到PAN聚合物上時，CN良好的機(jī)械性能有助于提高SPE的機(jī)械穩(wěn)定性。此外，CNC表面豐富的磺酸基和其他含氧極性官能團(tuán)（如羥基）可以溶劑化Li⁺，協(xié)助Li⁺移動，成為Li⁺運輸?shù)臉蛄?，降低SPE中的能量障礙，從而提高離子的導(dǎo)電性。

圖2. 半電池性能

因此，這種SPE同時具有重量輕（ρ = 1.2 g cm^-3）、抗拉強(qiáng)度高（9.5 MPa）、離子電導(dǎo)率高（3.9×10^-4 S cm^-1）和遷移數(shù)高（t_Li+ = 0.8）等良好的綜合性能。更重要的是，球磨法制備的LFP/炭黑/SPE與熱壓法制備的SPE相結(jié)合，形成了緊密的界面，從而使組裝電池具有優(yōu)異的性能。

總體而言，這項工作所開發(fā)的這種干法工藝是一種很有前景的固態(tài)聚合物電解質(zhì)制備策略，它能夠在商業(yè)上可行且本質(zhì)上安全的電池中實現(xiàn)高性能，而無需擔(dān)心溶劑污染。

圖3. 全電池性能

Dry-Processable Polymer Electrolytes for Solid Manufactured Batteries. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c04610