固态锂金属电池因其具有高能量密度的潜力和高安全性，被认为是下一代储能设备之一。同时，聚合物电解质凭借其高柔韧性、优异的界面兼容性和可加工性，在锂金属电池中具有良好的应用前景。当固体电解质的厚度降低到小于30 µm时，所组装的电池有望展现出超过400 Wh kg⁻¹的能量密度。因此，制备超薄聚合物电解质，对于实现高能量密度的固态锂金属电池具有重要意义。
近日，上海科技大学物质学院刘巍课题组开发了一种超薄（10 µm）聚合物电解质（PAN fiber-PEGDA）。该聚合物电解质在室温下展现出卓越的离子电导率和高机械强度。基于PAN fiber-PEGDA的软包电池（Li||20.3 mg cm-2 NCM811）能够实现380 Wh kg⁻¹，936 Wh L⁻¹的能量密度。相关工作以题为“Fiber-reinforced ultrathin solid polymer electrolyte for solid-state lithium-metal batteries”的论文发表在国际期刊《Advanced Functional Materials》上。论文的通讯作者为上海科技大学刘巍教授，论文第一作者为上海科技大学博士研究生张亦凝。
图1. 超薄聚合物电解质PAN fiber-PEGDA示意图。
【工作要点】
本工作通过将静电纺丝聚丙烯腈（PAN）膜与聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）聚合物电解质结合，经过原位聚合得到超薄聚合物电解质PAN fiber-PEGDA，厚度仅为10 µm。PAN纤维框架作为支撑层，能够显著提升电解质的机械强度（模量>100 MPa）。
图2. 超薄聚合物电解质理化性能表征