自修复PVDF基聚合物电解质消除锂金属电池枝晶的创新研究

为解决锂金属电池中枝晶生长导致的安全隐患和性能衰减问题，研究人员开发了一种集成氧化石墨烯(GO)和硼酸键的自修复聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基聚合物电解质(PHGB)。该电解质展现出卓越的热稳定性(200°C)、高断裂伸长率(202%)和容量保持率(95.7%)，并通过原位显微观察证实了枝晶消除能力。这项研究为高能量密度电池的安全应用提供了新思路。

　　

全球气候变暖与能源转型背景下，高能量密度储能技术成为研究热点。锂金属电池因其超高理论容量(3860 mAh g^?1)被视为下一代储能器件，但循环过程中锂枝晶的生长会刺穿隔膜，引发短路甚至爆炸。传统聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)基聚合物电解质虽具有良好加工性，却存在机械强度不足、热稳定性差且无法主动消除枝晶等缺陷。

上海的研究团队通过创新性地整合氧化石墨烯(GO)和硼酸键，开发出具有自修复功能的PHGB聚合物电解质。研究采用溶液浇铸法制备材料，通过原位光学显微镜观察枝晶消除过程，并测试了其在软包电池中的实际性能。

Preparation of precursor mixture solution
通过将聚乙稀醇(PVA)、氧化石墨烯(GO)与PVDF-HFP在N-甲基吡咯烷酮(NMP)中复合，引入硼酸盐形成动态交联网络，构建了兼具柔性和强度的基体。

Results and discussion
氧化石墨烯的层状结构提供了锂枝晶氧化还原反应的活性位点，同步提升热稳定性；硼酸键赋予材料自修复特性，断裂伸长率提升至202%。软包电池测试显示，弯曲状态下仍能维持LED照明功能。

Conclusions
该研究开创性地将GO的枝晶消除能力与硼酸键的动态修复特性相结合，制备的PHGB电解质在200°C下保持稳定，容量保持率达95.7%。这项工作发表于《Journal of Materials Science》，为高安全性能量存储系统提供了新材料设计范式，其原位表征方法为枝晶研究建立了新标准。研究获得上海市基础研究计划(22TQ1400100-8)和浦江人才计划(20PJ1402500)支持，Biao Fang等作者声明无利益冲突。