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  2018年1月5日，《Advanced Energy Materials》在線刊登了北京化工大學材料學院隋剛教授、楊小平教授的最新研究成果“同時具有抑制鋰枝晶和捕捉錳離子雙重功能的生物基復合凝膠電解質”(A Biobased Composite Gel Polymer Electrolyte with Functions of Lithium Dendrites Suppressing and Manganese Ions Trapping), 論文的第一作者為北京化工大學2016級博士生朱明，通訊作者為隋剛教授，共同通訊作者為楊小平教授。

  隨著動力汽車和電子消費產品的日益發展，人們對于鋰電池的安全及性能提出更高的要求。作為鋰電池不可缺少組成部分的電解質也得到了快速的發展和完善，這其中包括聚合物電解質，它代替原有的電解液和隔膜來確保鋰離子電池的結構更加完善和使用更加安全。與液態鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池一定程度地避免了液體電解質電池的漏液問題，電池的電容量高，并可制成大面積的超薄薄膜，保證與電極之間充分接觸，便于電子產品的向小型化、輕量化和薄膜化的方向發展。聚合物電解質包括固體聚合物電解質和凝膠聚合物電解質。相比于固態電解質，凝膠電解質由于其具有優異的離子電導率和良好的界面相容性而被廣泛研究。

  北京化工大學材料學院隋剛教授近年來在凝膠聚合物電解質領域取得一系列研究進展。基于靜電紡絲技術對傳統的聚合物骨架材料進行優化設計，制備得到PAN/PMMA核殼結構的凝膠電解質骨架材料，實現了傳統聚合物骨架材料自身的優勢互補（Journal of Power Sources, 2014, 267, 309-315）。基于PAN納米纖維的優異力學性能和PEO納米纖維良好的界面相容性，得到了PAN/PEO核殼結構的凝膠電解質骨架材料，采用輻射交聯可進一步提高凝膠電解質的電化學穩定性和力學性能（Journal of Membrane Science, 2015, 492, 77-87）。近年來，隨著人們對環境保護的日益重視，電解質材料也應順應綠色環保的發展潮流。隋剛教授課題組開發出具有柔性鏈特征的聚乳酸和具有剛性鏈特征的醋酸纖維素復合的剛柔并濟的可降解凝膠電解質，同時首次將具有一維管狀結構、來源廣泛的埃洛石納米管復合到電解質中，拓展了鋰離子的傳輸通路（Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4, 12136-12143）。大豆是產量非常豐富的農產品，在探索大豆蛋白基納米纖維膜制備技術的基礎上，以此為骨架材料得到的凝膠電解質具有優異的電化學性能（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016, 4, 4498-4505）。

  以高理論比容量的鋰金屬為負極，以高壓過渡金屬氧化物為正極的鋰電池是具有很高的能量密度。然而，鋰金屬負極枝晶的形成、正極過渡金屬氧化物的溶解和溶解后的金屬離子的遷移，阻礙了這些電極材料在高性能的鋰電池中高效應用。為此，隋剛教授課題組在研究工作中制備了一種新穎的、功能性生物基的凝膠聚合物電解質去同時解決以上兩個關鍵的技術問題。這種凝膠電解質的骨架材料包含兩層環境友好型大豆蛋白基納米纖維膜，中間夾有多孔的聚多巴胺微球形成三明治結構，表面再覆蓋碳化的多孔聚多巴胺微球。在制備這個復合膜的過程中，沒有應用任何有毒有害的試劑，也不需要使用粘合劑。由于聚多巴胺和蛋白基納米纖維存在大量的極性官能團，因此復合膜展現了對電解液優異的親和力。同時，這些極性基團與正極以及逃脫的金屬錳離子產生相互作用，有效的減緩了錳酸鋰正極的錳溶解并可對少量溶解的錳離子進行有效捕捉。此外，多孔聚多巴胺碳球具有導電性、高比表面積和氮摻雜的親鋰性等特性，促使了鋰離子均勻地沉積在負極表面，從而抑制了鋰枝晶的生長。研究結果顯示，采用該電解質替代商業隔膜組裝成錳酸鋰/鋰金屬電池，它的循環和倍率性能均會得到大幅度的提升。這項工作為高效安全的下一代鋰電池的多功能電解質材料的設計和開發提供了新的技術思路，有著廣泛的應用前景。

  該工作得到了國家自然科學基金（U1664251，U1362205）和中央高校基本科研業務費的支持。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201702561/full