3D螺旋结构固态锂电池，引领锂离子电池界未来

近日，一款3D螺旋结构多功能固态锂离子电池成为锂离子电池界的网红。据悉，3D螺旋结构多功能固态锂离子电池来自美国康奈尔大学的J.G. Werner[1]等人的设计，这款锂电池极大的减少了电池内部的空间浪费，提升锂离子电池的能量密度。 

传统锂离子电池的基本结构是二维结构，主要存在两个问题：非活性物质占比高，降低了电池的比能量；电池正负极与隔膜之间存在大量的孔隙，浪费内部空间，导致电池体积能量密度降低。在该项设计中，研究人员将正极和负极相互交织在一起，中间是一层纳米级别的固体电解质：

负极——螺旋介孔碳（GDMC），具有低嵌锂电势、良好的导电性，以及大量连续、均匀分布的微孔。该研究中制得的GDMC微孔直径在40nm左右，孔隙率为63%，碳壁厚度大约为15nm，比容量约为220mAh/g；

固体电解质——聚合物电解质，具有安全性高、力学柔性、黏弹性和易成膜等诸多优点，被认为是下一代高能存储器件中最具潜力的电解质之一。Werner等人采用电聚合的方式在螺旋介孔碳的表面均匀的生成了一层不足10nm的聚苯醚聚合物电解质层。

正极——硫（S），考虑到聚合物电解质的电化学窗口和负极中微孔的直径，研究人员选择了硫作为电池的正极材料，并通过在电极中注入EDOT，原位聚合成为具有良好导电性的PEDOT，来解决S正极导电的问题。

进行嵌锂之后，3D结构的锂离子电池最终完成。

3D螺旋结构多功能固态锂离子电池，具备独特的3D螺旋结构，在减少电池内部空间浪费的同时，提升了电池的重量能量密度和体积能量密度。虽然此款锂离子电池目前还存在诸多问题，但我们仍不能否认其具有极大的优势。或许3D螺旋结构多功能固态锂离子电池有望引领锂离子电池界的未来。

参考文献：

 [1] J. G. Werner, G. G. Rodríguez-Calero, H. D. Abruñ, et al. Block copolymer derived 3-D interpenetrating multifunctional gyroidal nanohybrids for electrical energy storage. Energy Environ. Sci., 2018,11, 1261-1270.