鋰金屬電池（LMB）使用金屬鋰（Li）作為負極，具有最高的理論比容量（3860mAh/g）和最低的氧化還原電位（-3.04V vs. 標準氫電極），作為電動汽車和儲能系統中常規鋰離子電池（LIB）最有前景的替代品已受到相當大的關注。然而，LMB在實際應用中受到一些限制，如在重復充/放電過程中Li枝晶以不可控的方式形成和生長，導致循環壽命短和嚴重的安全問題，包括電池的內部短路和熱失控。

控制鋰枝晶通常有幾種策略，包括通過電解液添加劑原位形成穩定的固體電解質界面層（SEI膜）或自修復靜電屏蔽，Li負極的原位保護涂層以及高模量和高鋰離子遷移數（tLi+）固體電解質的應用。一般來說，理解抑制鋰枝晶有兩個主要理論框架。一種是電解質的高離子電導率和較高的tLi+可以通過減輕Li電極附近的陰離子耗盡誘發的大電場來抑制鋰枝晶的成核；另一種是使用高剪切模量的電解質（約為Li金屬的兩倍）機械抑制Li枝晶的生長。基于這些理論框架，使用具有高模量和高tLi+的固體電解質被認為是最有希望的方法之一。然而固體聚合物電解質在室溫下的離子電導率不足以及固體陶瓷電解質的制備較為困難是其固有的缺點。盡管凝膠聚合物電解質（GPE）制備較為容易，而且具有高的離子電導率和優異的電化學性能可以解決這些問題。然而大多數情況下需要引入SiO2、Al2O3和TiO2等無機填料機械地阻擋Li枝晶的生長，同時也犧牲了離子電導率。目前還沒有報道通過少量添加（<1wt%）無機填料同時滿足大部分所需性質（高的離子電導率，高tLi+和高剪切模量）的抑制Li枝晶的GPE的制備。

針對凝膠電解質存在的問題，韓國首爾大學的Jong-Chan Lee和韓國化學技術研究所的Dong-Gyun Kim首次報道了使用全氟聚醚（PFPE）官能化的2D 氮化硼（BN）納米片（BNNF）作為多功能添加劑制備抑制Li枝晶的GPE的簡單有效策略。即使將PFPE官能化的BNNF加入到GPE中的最小添加量（0.5wt%）也可以提供高離子電導率，高tLi+和高機械模量，這都有助于有效抑制Li枝晶，改善LMB的電化學性能和安全性能。

圖1.具有FBN添加劑的PVH基GPE的制備（G-CFBN）。(a) G-CFBN的制備過程示意圖，(b) CFBN的照片（0.5wt% FBN），(c)CNFB的（0.5 wt% FBN）表面（左）和橫截面SEM圖（右），和(d) 通過FBN誘導相分離CFBN自發形成孔隙的可能機理。

使用鋰金屬負極和LiFePO4（LFB）評價G-CFBN在LMBs中的實際應用。與Li/LE-Celgard（商業隔膜）/LFP電池，Li/G-CFBN/LFB電池表現出優異的倍率性能，尤其在5C的高倍率下，這主要歸結于G-CFBN的高離子導電率和tLi+。對于在1C下的長期循環性能，Li/G-CFBN/LFB電池循環300圈后的容量保持率（88%）明顯高于Li/LE-Celgard/LFP電池（74%）。在循環后拆卸電池發現，具有G-CFBN的電池的Li金屬表面顯示出多孔但光滑的形態，而具有LE-Celgard的電池的Li金屬表面顯示出大的裂紋和粗糙的針孔，表明G-CFBN中鋰枝晶的生長得到很大的抑制。值得注意的是，Li/G-CFBN/LFB電池在10C的高倍率下仍顯示出優異的循環性能，與文獻中其它報道相比，這可以被認為是前所未有的高倍率長期循環性能。

圖2.鋰/電解液/磷酸鐵鋰電池在25℃下循環的電化學性能，電解液為G-CFBN和LE-Celgard。(a)電池在不同倍率下的倍率性能和相應的電壓容量曲線含有(b)G-CFBN和(c)LE-Celgard，(d)在1 C下電池的長期循環性能和(e)在10C下含G-CFBN的電池長期循環性能。

G-CFBN的制備：

通過超聲處理輔助剝離和使用PFPE官能化的芘分子非共價官能化納米尺寸的BN粉末制備PFPE官能化的BNNF（FBN），增加其表面積和與P(VdF-co-HFB)(PVH)GPE基底的相容性。即使剝離和PFPE功能化后（≈4.7wt%），FBN仍可以保持2D形態，其厚度大約為3-4nm。通過在玻璃板上的丙酮中簡單流延澆鑄PVH和FBN的混合物制備復合膜（CFBN），其中控制FBN的含量為PVH的0.1,0.2,0.5和1.0wt%。在大氣環境中干燥，然后在60℃真空下干燥，得到厚度為6-9μm的多孔CFBN，進一步浸入電解液（1M LiTFSI，EC：DEC（1：1 vol%）中制備GPE（G-CFBN）。