固态聚合物电解质（SPE）以其高安全性、能量密度、耐高温、不易燃易爆而闻名。此外，它还具有能量密度高、工作温度范围广、加工性能好等优点。然而，由于SPE在室温下的离子导电率低（<10^-3 S cm^-1），且与电极的界面性能差，因此尚未在实践中应用。作为一种具有巨大潜力的聚合物电解质，准固体聚合物电解质（QPE）可以有效地克服与电极接触性能差的问题。然而，QPE存在各种问题，如溶剂残留和机械性能不足，限制了它的进一步发展。增强QPE的策略包括混合、共聚、添加无机填料和增塑剂。但到目前为止，由于Li+迁移和机械性能的限制，大多数用于季铵盐复合电解质的聚合物基体，如聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）、聚丙烯腈和聚环氧乙烷，已经无法满足长循环性和抑制锂枝晶的需求。

  纤维素（CLS）是一种天然聚合物，是人类最宝贵的天然可再生资源。由于有许多极性化学基团（如-OH、-O-），它具有离子传导能力，这使它成为QPE的候选聚合物基体。然而，纤维素表现出不溶性，加工性差，并且由于密集的分子链大大阻碍了Li⁺的传输，因此Li+的传导性较低。改性纤维素已成为克服瓶颈问题的重要手段。例如，Liao等人通过冰分离诱导的自组装，用羟乙基纤维素基纤维素气凝胶改性聚丙烯膜，表现出更高的电解质吸收率、更高的离子传导性和更好的循环性能。作为由纤维素中的羟基酯化产生的商业衍生物，醋酸纤维素（CLA）表现出与电极的良好兼容性，成膜性和电绝缘性。这些特性使CLA在QPE中发挥重要作用。

图1. 基于CLA的QPE的结构和离子传输通道示意图。纤维素（a）和CLA（b）的结构和特性的差异。插入纤维素分子链的CH3COO-结构打开了Li⁺传输通道，提高了Li⁺离子的传导性。

图3. 基于CLA based QPE的Li⁺传输特性和电化学性能。

图6. 基于CLA的QPE的离子传输机制和电化学稳定性模拟。(a) CLA的优化结构；(b) CLA与Li⁺结合的优化结构和解离能；(c) CLA与Li⁺结合的MEPS图；(d) CLA基QPE的离子传输机制示意图；(e) CLA和LiTFSI与普通聚合物的HOMO和LUMO能级比较。

  原文链接：Dai Wang, Hui Xie, Qiang Liu, Kexin Mu, Zhennuo Song, Weijian Xu, Lei Tian, Caizhen Zhu, Jian Xu. Low-Cost, High-Strength Cellulose-based Quasi-Solid Polymer Electrolyte for Solid-State Lithium-Metal Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302767

  https://doi.org/10.1002/anie.202302767

作者简介

  田雷，深圳大学特聘副研究员，助理教授，硕士生导师，深圳市海外高层次人才。现任《高分子通报》编委。主要从事离子、电子双导高性能高分子材料的研究，包括高分子能源材料、宽温域高电导固态聚合物电解质、高安全高能量密度固态聚合物电池以及高强高韧软电子材料的设计制备与应用等，主持或参与国家自然基金重点项目、省市重点项目等多项，在Angew. Chem. Int. Ed.，Macromolecules等国际知名期刊上发表学术论文40多篇。

  团队长期招聘博士后/研究助理。研究方向包括但不限于高分子合成、固态聚合物电解质、计算化学等。