對於綠色能源產業來說，發展低成本且高容量的儲能電池系統至關重要，而鋰離子電池預計將成為未來幾十年的主要電池技術。儘管電池的理論電荷存儲容量取決於其電極活性材料的塊材性能，但其各種實際性能指標（如實際容量、充放電速率能力、循環穩定性和安全性）在很大程度上取決於電解質與活性材料的界面性質。為了形成具有優勢特性的界面，近年來我們一直在倡導將具有官能基設計的聚合物軟材料預塗層，塗覆到活性材料進行表面改質的概念。在某種程度上，該塗層就像化妝品的面膜一樣，達到「滋潤」電極活性材料表面特性的功效。例如，我們最近成功地在高容量鋰陽極上成功製作了超薄（≦100奈米）「面膜」，以有效抑制枝晶的形成並有效地延長電極充放電壽命。該塗層是一種有機-無機複合離聚物膜，可將電解質中的陰離子排出，僅允許鋰離子通過。而「面膜」的鋰離子選擇性特性有助於在整個電極表面上均勻分佈鋰離子，達到避免枝晶的形成；同時，有機聚合物基體具有長壽命操作所需的高機械強度和尺寸剛度。本發明為實現先進大容量鋰離子電池提供了有利的技術。

　　鑒於地球暖化對於環境的造成的重大衝擊，綠能產業已列為世界各國未來發展之重點，可再生能源，例如太陽能、風力等發電系統的發展最重要一環在於開發低價且高容量的儲能電池系統。鋰離子電池為未來二、三十年的主要電池技術，電動車產業成功與否的關鍵亦端賴電池技術的開發，因此，有效地提高鋰離子電池的電池材料性能，對於可再生能源及電動車產業的發展將會有重大的影響。

　　鋰離子電池係由可容納鋰離子於不同能量狀態下的正負電極組成（圖1）。鋰離子在充電和放電期間會在兩個電極之間穿梭，以存儲或釋放電流及電能。雖然電池的理論電荷存儲容量由其電極活性材料的塊材性質決定，但電池的各種實際性能指標（如實際操作電容量、充放電速率能力、循環穩定性和安全性），在很大程度上取決於電池中電解質和活性材料之間的界面性質。在改善界面性能以提升電池性能方面，傳統方法係將化學添加劑引入電解質中，使電池在充放電過程中，活性材料表面進行氧化還原反應同時形成塗層。然而，該界面塗層的組成和結構是非常複雜，且常常是不可預測的，添加劑也會在電池運行過程中逐漸被消耗。為此，我們在2015年提出了一種新方法，即在活性材料進行電極製造之前，將具有特定官能基的聚合物軟塗層，塗覆到活性材料的表面上。塗層的組成和結構可以針對每個組分預先設計，使其具有特定功能。在某種程度上，可以將塗層視為「美容面膜」，用以「滋潤」活性物質表面的特性。其預先設計的概念可以選擇包含有機和無機材料不同組合的多種化學成分，具有高度的材料設計靈活性。

圖1：鋰離子電池的操作原理示意圖
 

圖2：應用於鋰金屬負極抑制鋰枝晶之極薄(<100奈米)有機-無機「面膜」的分子設計示意圖 (來源: “An Ultrathin Ionomer Interphase for High-Efficiency Li Anode in Carbonate-Based Electrolyte”, Nature Communications 10 (2019) 5824 (https://doi.org/10.1038/s41467-019-13783-1).)