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  2018年1月5日，《Advanced Energy Materials》在線(xiàn)刊登了北京化工大學(xué)材料學(xué)院隋剛教授、楊小平教授的最新研究成果“同時(shí)具有抑制鋰枝晶和捕捉錳離子雙重功能的生物基復(fù)合凝膠電解質(zhì)”(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(xué)2016級(jí)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(dòng)力汽車(chē)和電子消費(fèi)產(chǎn)品的日益發(fā)展，人們對(duì)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(zhì)也得到了快速的發(fā)展和完善，這其中包括聚合物電解質(zhì)，它代替原有的電解液和隔膜來(lái)確保鋰離子電池的結(jié)構(gòu)更加完善和使用更加安全。與液態(tài)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(zhì)電池的漏液?jiǎn)栴}，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(chǎn)品的向小型化、輕量化和薄膜化的方向發(fā)展。聚合物電解質(zhì)包括固體聚合物電解質(zhì)和凝膠聚合物電解質(zhì)。相比于固態(tài)電解質(zhì)，凝膠電解質(zhì)由于其具有優(yōu)異的離子電導(dǎo)率和良好的界面相容性而被廣泛研究。

  北京化工大學(xué)材料學(xué)院隋剛教授近年來(lái)在凝膠聚合物電解質(zhì)領(lǐng)域取得一系列研究進(jìn)展。基于靜電紡絲技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的聚合物骨架材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制備得到PAN/PMMA核殼結(jié)構(gòu)的凝膠電解質(zhì)骨架材料，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)聚合物骨架材料自身的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)（Journal of Power Sources, 2014, 267, 309-315）�；赑AN納米纖維的優(yōu)異力學(xué)性能和PEO納米纖維良好的界面相容性，得到了PAN/PEO核殼結(jié)構(gòu)的凝膠電解質(zhì)骨架材料，采用輻射交聯(lián)可進(jìn)一步提高凝膠電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性和力學(xué)性能（Journal of Membrane Science, 2015, 492, 77-87）。近年來(lái)，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，電解質(zhì)材料也應(yīng)順應(yīng)綠色環(huán)保的發(fā)展潮流。隋剛教授課題組開(kāi)發(fā)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(fù)合的剛?cè)岵?jì)的可降解凝膠電解質(zhì)，同時(shí)首次將具有一維管狀結(jié)構(gòu)、來(lái)源廣泛的埃洛石納米管復(fù)合到電解質(zhì)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(chǎn)量非常豐富的農(nóng)產(chǎn)品，在探索大豆蛋白基納米纖維膜制備技術(shù)的基礎(chǔ)上，以此為骨架材料得到的凝膠電解質(zhì)具有優(yōu)異的電化學(xué)性能（ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016, 4, 4498-4505）。

  以高理論比容量的鋰金屬為負(fù)極，以高壓過(guò)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(fù)極枝晶的形成、正極過(guò)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(yīng)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(zhì)去同時(shí)解決以上兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。這種凝膠電解質(zhì)的骨架材料包含兩層環(huán)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(jié)構(gòu)，表面再覆蓋碳化的多孔聚多巴胺微球。在制備這個(gè)復(fù)合膜的過(guò)程中，沒(méi)有應(yīng)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(tuán)，因此復(fù)合膜展現(xiàn)了對(duì)電解液優(yōu)異的親和力。同時(shí)，這些極性基團(tuán)與正極以及逃脫的金屬錳離子產(chǎn)生相互作用，有效的減緩了錳酸鋰正極的錳溶解并可對(duì)少量溶解的錳離子進(jìn)行有效捕捉。此外，多孔聚多巴胺碳球具有導(dǎo)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(fù)極表面，從而抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。研究結(jié)果顯示，采用該電解質(zhì)替代商業(yè)隔膜組裝成錳酸鋰/鋰金屬電池，它的循環(huán)和倍率性能均會(huì)得到大幅度的提升。這項(xiàng)工作為高效安全的下一代鋰電池的多功能電解質(zhì)材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)思路，有著廣泛的應(yīng)用前景。

  該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（U1664251，U1362205）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)的支持。

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