三单位联合ACS Nano：干法工艺制备聚合物电解质用于固态电池

设计满足固态电池运行要求的固态电解质是固态电池应用的关键。人们一致认为，固态电解质需要允许快速的离子传输，同时提供更好的界面兼容性和机械耐受性。

图1. 材料设计及表征

青岛科技大学张建明、陈玉伟、美国南密西西比大学Zhe Qiang、特拉华大学Kun Kelvin Fu等提出了一种简单但有效的策略，将硬组分和软组分聚合物系统相结合，通过原位接枝聚合开发了具有3D网络的固态聚合物电解质（SPE）。

具体而言，作者采用一种环保的干法制备了一种接枝自组装多孔磺化纤维素纳米晶体（CNC）–PAN（CNC-PAN）。多孔CNC-PAN粉末是通过丙烯腈（AN）在一维磺化CNC水溶液中原位聚合制备的，它可以被少量LiTFSI/EC溶液完全润湿，并被压缩成薄的SPE膜。

与传统的填料复合方法相比，反向组装提高了填料的均匀分散性，干法成膜工艺完全避免了现有工艺存在的问题，具有加工方便、制备规模大、仅使用少量溶剂等优点。当CNC接枝到PAN聚合物上时，CN良好的机械性能有助于提高SPE的机械稳定性。此外，CNC表面丰富的磺酸基和其他含氧极性官能团（如羟基）可以溶剂化Li⁺，协助Li⁺移动，成为Li⁺运输的桥梁，降低SPE中的能量障碍，从而提高离子的导电性。

图2. 半电池性能

因此，这种SPE同时具有重量轻（ρ = 1.2 g cm^-3）、抗拉强度高（9.5 MPa）、离子电导率高（3.9×10^-4 S cm^-1）和迁移数高（t_Li+ = 0.8）等良好的综合性能。更重要的是，球磨法制备的LFP/炭黑/SPE与热压法制备的SPE相结合，形成了紧密的界面，从而使组装电池具有优异的性能。

总体而言，这项工作所开发的这种干法工艺是一种很有前景的固态聚合物电解质制备策略，它能够在商业上可行且本质上安全的电池中实现高性能，而无需担心溶剂污染。

图3. 全电池性能

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