随着电动汽车以及各种电子产品对于高能量密度的安全储能设备的需求不断增长，全固态锂电池受到了极大的关注。传统的锂离子电池系统由于使用了易燃的有机电解液，其安全性一直以来都是人们关注的焦点，而固态电解质凭借其固有的热稳定性以及兼容高能量密度锂金属负极的特性，被认为有希望取代传统的液态电解液。然而全固态锂电池仍存在不少挑战，固态电解质和电极之间固固接触所形成的高界面阻抗仍是限制其实际应用的关键问题。此外，由于电极中较长的离子扩散路径，全固态锂电池的活性物质负载通常较低（<1 mg cm-2），该值远小于目前商用锂离子电池钴酸锂正极的12 mg cm-2和石墨负极的6 mg cm-2。
近日，我校物质学院刘巍课题组在高性能全固态锂电池的固体聚合物电解质方面取得重要进展。他们突破传统制备方法，利用立体光固化成型（SLA）3D打印技术，以聚乙二醇二丙烯酸酯为聚合物基体原料，3D打印出一种具有三维表面结构的聚合物固态电解质。由于构建出3D电解质-电极界面，使界面处的比表面积增大了95%，显著优化了电极与聚合物固态电解质之间的界面接触，大大降低了界面阻抗，并且能将正极活性物质负载提高到5 mg cm-2这一较高的水平，以此提升全固态锂电池的性能。SLA3D打印技术为高性能的全固态锂电池提供了新的研究途径，有希望应用于下一代的能量存储领域。
目前该成果以Stereolithography 3D Printing Solid Polymer Electrolytes for All-Solid-State Lithium-Metal Batteries 为题，在国际知名学术期刊Nano Letters上发表。上海科技大学为该成果的唯一完成单位，物质学院2019级研究生何英杰为该论文的 第一作者，刘巍教授为通讯作者。该项工作受到了国家自然科学基金青年科学基金、科技部国家重点研发计划、上科大启动经费等支持，同时感谢上科大物质学院电镜中心的支持。
图：具有三维表面结构的固态电解质以及由其组装的全固态锂电池的示意图。
三维表面结构可提供更大的比表面积，从而改善电解质与电极之间的界面接触，
并缩短了锂离子从电解质到电极的传输路径，以此得以增加活性物质的负载。