10月17日，清华大学化工系张强课题组在《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）上发表文章《用于无枝晶生长金属锂保护的阴离子固定复合电解质》（An anion-immobilized composite electrolyte for dendrite-free lithium metal anodes），报道了研究组在柔性复合固态电解质领域取得的新进展。

（A）在阴离子固定的柔性复合固态电解质中，锂离子均匀沉积；（B）在阴离子未被固定的常规电解质中，易生成枝晶。

近年来，随着智能手机等电子设备的广泛运用，和电动汽车等新型交通工具的迅猛发展，人们不仅对电池能量密度的需求不断增长，对电池安全性的要求也越来越高。

现阶段传统电池大多采用有机液态电解质，采用有机液态电解质的电池在高温下化学性质不稳定，可能造成电池短路。在冲击、过充等极端条件下易燃易爆，埋下安全隐患。因此，构筑电极、电解质均为固态材料的电池，是实现安全电池的终极目标。

金属锂电极具有很高的理论容量，然而在充放电过程中易产生不均匀沉积，生成枝晶，给电池带来容量损失。采用金属锂电极与固态电解质的固态电池，是下一代安全、高能电池的极佳选择。

为制造安全、高能的金属锂电池，化工系张强研究团队提出利用无机陶瓷材料与有机聚合物材料结合，构筑柔性复合固态电解质。利用阴离子固定的无机陶瓷材料（铝掺杂Li_6.75La₃Zr_1.75Ta_0.25O₁₂, LLZTO）与有机聚合物材料（PEO-LiTFSI）构筑柔性复合固态电解质（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，抑制金属锂负极枝晶生长。复合电解质中的阴离子（TFSI-）被聚合物基体和陶瓷填料束缚，形成了均匀分布的空间电荷层，进而引导锂离子均匀分布，实现金属锂的无枝晶沉积。锂盐中阴离子与锂离子的解离有助于降低聚合物结晶度，构建了快速、稳定的锂离子传输通道。无机快离子导体的加入将拓宽聚合物电解质的电化学窗口，表现出很好的电解质-电极界面稳定性与电化学循环性能。该复合固态电解质膜在极高温度下提供屏障，阻隔正负极短路，提升电池循环效率与安全性。

锂离子在阴离子固定的柔性复合固态电解质中均匀沉积，构筑高安全固态金属锂电池。

该项研究工作的通讯作者是清华大学化工系长聘副教授张强，并列第一作者为张强课题组的博士生赵辰孜、硕士生张学强、在站博士后程新兵，并列第二作者为清华大学博士生张睿、北京理工大学硕士生许睿、清华大学本科生陈鹏宇、清华大学博士生彭翃杰和北京理工大学交叉学院教授黄佳琦。该工作在北京市科委、科技部、自然科学基金委、清华大学自主科研等基金的资助下完成。

张强课题组致力于能源材料，尤其是金属锂、锂硫电池、电催化方面的研究。在金属锂电池领域内，通过先进手段研究固态电解质膜，通过引入纳米骨架、修饰表面固态电解质保护层等方法调控金属锂的沉积行为，实现金属锂电池的高效安全利用。这些相关研究工作发表在《微尺度》（Small  2014, 10, 4257）；《美国化学学会·纳米》（ACS Nano 2015, 9, 6373）；《先进材料》（Advanced Materials 2016, 28, 2155-2162; Advanced Materials 2016, 28, 2888-2895）；《美国化学会会志》（Journal of the American Chemical Society 2017, 139, 8458）；《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition  2017, 56, 7764）；《能源存储材料》（Energy Storage Materials 2017, 6, 18-25）；《化学》（Chem 2017, 2, 258–270）等知名期刊上。该研究团队同时在金属锂负极领域申请了一系列发明专利。近期，该研究团队在《化学综述》（Chem. Rev. ）上进行了二次电池中安全金属锂负极评述（《化学综述》 2017, 117, 10403）。（摘自清华新闻网）

论文链接：

http://www.pnas.org/content/114/42/11069.abstract