高能量密度锂离子电池对电解质的性能和安全提出了更严格的要求。聚氧乙烯（PEO或PEG）基凝胶电解质柔韧性好、轻质，可以在电极表面形成良好的界面，但是常温下锂离子电导率较低，限制了电池性能，而改善其电导率的手段又往往会导致力学性能的下降。

  近期，瑞典皇家理工学院纤维技术系Lars Wågberg教授团队报道了一种以纳米纤维素动态网络构筑PEG凝胶电解质的新途径，同步提高了凝胶电解质的电导率和力学性能。文章以“Dynamic Networks of Cellulose Nanofibrils Enable Highly Conductive and Strong Polymer Gel Electrolytes for Lithium-Ion Batteries”为题发表在《Advanced Functional Materials》杂志上，第一作者为王真博士。

  羧甲基化纤维素纳米纤维（CNF）直径约2-4nm，长度可达微米尺度，这种超高长径比使其能够以极低的含量有效地构筑凝胶网络。在渗透压和物理缠结网络的共同作用下，改变盐溶液的浓度可实现对CNF湿滤饼溶胀平衡的调控。1mmol/L的氯化钠溶液可以充分溶胀CNF，使其纳米级孔隙结构充分展开。

  低分子量PEG电解质虽然电导率比高分子量PEO高一个数量级，但常温下呈液态，无法单独做为隔膜材料使用。通过溶液置换，低分子量PEG电解质可以渗入CNF的纳米孔内。CNF的超细直径为PEG电解质提供了丰富的固液界面，所得到的凝胶电解质复合物呈均相，其CNF的含量低至0.9%，以最少的“非活性物质”含量最大程度地保留了PEG电解质的离子导电能力。CNF/PEG复合电解质的室温电导率为0.61mS/cm，比PEG电解质本身高二倍，是所有纤维素增强的聚合物凝胶电解质的最高值。其力学强度为0.75MPa，综合性能优异。为进一步阐释CNF对PEG电解质电导率增强的机理，瑞典林雪平大学Igor Zozoulenko教授团队对这一体系进行了分子动力学模拟，发现CNF表面的紧密结合水对锂离子的扩散有明显的辅助作用。

  CNF/PEG复合电解质可以独立作为电池隔膜使用，并表现出优异的电化学特性。在60°C，对称锂金属电池在0.1mA/cm²的电流密度下可以承受至少500次剥离、沉积循环，并保持极化稳定；磷酸铁锂半电池以0.18mA/cm²的电流密度充放电，循环300次后仍可保持94%的容量，平均库伦效率高达99.72%。室温下，磷酸铁锂半电池也展示了稳定的循环寿命，并在穿刺、切割、燃烧等破坏性实验中表现出良好的安全性。

  文章链接：

  Wang, Z., Heasman, P., Rostami, J., Benselfelt, T., Linares, M., Li, H., Iakunkov, A., Sellman, F., ?stmans, R., Hamedi, M. M., Zozoulenko, I., W?gberg, L.

  Dynamic Networks of Cellulose Nanofibrils Enable Highly Conductive and Strong Polymer Gel Electrolytes for Lithium-Ion Batteries.

  Adv. Funct. Mater. 2023, 2212806.

  https://doi.org/10.1002/adfm.202212806