對于更高能量密度目標的進一步達成，以金屬鋰為負極的鋰金屬電池已成為必然選擇。這是因為鋰金屬的容量為3860mAh/g，約為石墨的10倍，由于其本身就是鋰源，正極材料選擇面寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別組成能量密度更高的鋰硫和鋰空電池。

鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀60年代，但金屬鋰負極在液態(tài)電池中存在一系列技術問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態(tài)電解質界面副反應多、SEI膜分布不均勻且不穩(wěn)定導致循環(huán)壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成，從而引發(fā)安全問題。

基于以上原因，很多研究者把解決金屬鋰負極的應用問題寄希望于固態(tài)電解質的使用。主要思路是避免液體電解質中持續(xù)發(fā)生的副反應，同時利用固體電解質的力學與電學特性抑制鋰枝晶的形成。

SEI是穩(wěn)定可充電電池鋰金屬負極的關鍵，然而，由于受到循環(huán)不斷改造和電解質消耗。SEI分布不均勻和不穩(wěn)定是技術研發(fā)的難題。

根據(jù)賓夕法尼亞州立大學的研究人員的說法，使用新開發(fā)的固體電解質界面膜（SEI）可以實現(xiàn)具有更高能量密度，性能和安全性的可充電鋰金屬電池。

在上述研究人員在NatureMaterials的一篇論文中，介紹了使用反應性聚合物復合材料SEI設計，有效地抑制了SEI形成和維護電解質消耗。

該文章的作者王東海（音譯）在文章中表示，SEI膜通過鋰和電池中的電解質之間的反應自然形成。但它表現(xiàn)不佳導致很多問題。這就是鋰金屬電池不能持續(xù)更長時間的原因，在這個研究項目中，我們使用聚合物復合材料來創(chuàng)造更好的SEI。

新的SEI層由聚合鋰鹽，氟化鋰納米顆粒和氧化石墨烯片組成。該結構不同于傳統(tǒng)的電解質衍生的SEI，并且具有優(yōu)異的鈍化性能，均勻性和機械強度。

該團隊報告說，使用聚合物-無機SEI能夠在貧電解質下，限制鋰過量和高容量條件下實現(xiàn)高效鋰沉積和4VLi|LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池的穩(wěn)定循環(huán)。同樣的方法也適用于設計鈉和鋅陽極的穩(wěn)定SEI層。

業(yè)內分析說，實現(xiàn)穩(wěn)定的鋰界面需要大量的分子水平控制。王海東團隊設計的聚合物反應與鋰金屬表面形成爪狀鍵合。它以無源方式賦予鋰表面所需的能量，使其不與電解質中的分子發(fā)生反應。復合材料中的納米片充當機械屏障以防止由鋰金屬形成枝晶。

通過化學和工程設計，各領域之間的合作使該技術能夠在原子尺度上控制鋰表面。反應性聚合物還降低了重量和制造成本，進一步增強了鋰金屬電池產業(yè)化的可能性。

據(jù)悉，該項目還獲得了美國能源部和國家科學基金會的車輛技術辦公室的支持。