复旦熊焕明SmartMat：碳点交联凝胶聚合物电解质助力无枝晶长寿命锂金属电池！

具有极高能量密度的锂金属电池（LMBs）在储能设备中具有若干优势。然而，枝晶的不可控生长和易燃的液态电解液（LEs）经常会造成安全事故。全固态电池似乎是最终的选择，但无溶剂电解质通常面临室温下导电性的失败。因此，具有简单制造工艺和高离子导电性的凝胶聚合物电解质（GPEs）被认为是解决目前困难最具竞争力的候选者。

复旦大学熊焕明等通过聚乙二醇（PEG）和碳点（CDs）之间的酯化和酰胺化反应设计了一种聚合物网络结构。

图1 材料制备及表征

CDs作为一种具有特殊结构和多种功能的新型碳材料，在电池、超级电容器和其他电化学储能设备中表现出良好的性能。一般来说，CD大多被用作电极材料，而它们在电解质中的应用却鲜有报道。

长期以来，CD被认为是电子导体，不能在电解质中使用以避免短路。然而，大多数采用自下而上策略从小分子中制造的CD具有无定形结构，外面有绝缘的有机基团。一些先驱研究已经证实了CD在聚合物电解质中的积极作用。鉴于此，作者通过交联聚乙二醇（PEG）和CD合成了一个新的网络。在与聚偏氟乙烯（PVDF）和一些LEs结合后，所制备的PEG-CD复合电解质（PCCEs）在室温下显示出5.5 mS/cm的高离子电导率和0.71的离子转移数，以及良好的柔韧性和热稳定性。

图2 半电池性能

PEG-CDs不仅降低了PVDF基体的结晶度，产生了连续的无定形导电区域，而且还提供了一个稳定的框架，具有良好的机械、热和电化学性能。此外，这种PCCEs具有较高的离子转移数，促进了稳定的SEI的形成，从而促进了负极上的均匀离子沉积，并同时抑制了锂枝晶的产生。

结果，在室温下的长时间循环中，LPF/PCCE/Li和LiCoO₂/PCCE/Li电池的循环稳定性都得到较大提升。PCCEs的良好性能和低成本使它们成为未来LMB的GPEs/隔膜有希望的候选者。

图3 全电池性能

Carbon dots crosslinked gel polymer electrolytes for dendrite-free and long-cycle lithium metal batteries. SmartMat 2022. DOI: 10.1002/smm2.1121

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