商用锂离子电池理论能量密度接近480 Wh/kg，但当考虑金属壳体、正负极、集流器等组件时候，理论值要减半。而且高性能的锂离子电池通常采用液态电极，存在易燃易爆安全问题。因此开发轻量化电池组件和固态电解质是解决上述问题的关键所在。美国斯坦福大学Yi Cui教授课题组设计制备了一种全新的超薄、高机械柔性的聚合物固态电解质，在确保电池性能前提下，显著提升电池的安全性。
研究人员利用湿化学法制备了聚酰亚胺（PI）纳米主体材料，扫描电镜表征显示PI主体材料含有大量有序垂直纳米隧道，这种几何结构能够为锂离子传输提供快速通道改善离子导电性。而扫描电镜横截面图显示PI整体的厚度仅为8.6 µm，这样厚度的聚合物薄膜通常无法具备良好的离子导电性，常规高导电性的聚合物薄膜的厚度一般都在200 µm以上。为了解决上述问题，随后往PI主体材料填充聚环氧乙烯（PEO）和双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（LiTFS）形成PI/PEO/LiTFS复合固态聚合物，以进一步增强材料离子导电性。30℃温度下离子扩散系数测试显示，沿着垂直隧道方向的离子扩散系数达到了2.3×10-4 S/cm，比没有PI主体的PEO/LiTFS复合固态聚合物离子导电性高出了4个数量级，PI/PEO/LiTFS离子导电性足够满足锂离子电解质的需求。弹性模量测试显示，PI/PEO/LiTFS复合聚合物的弹性模量为850 MPa，远远高于PEO/LiTFS复合聚合物（仅为0.1 MPa），意味着前者具备了优异的机械柔韧性，有助于抑制锂枝晶生长避免发生短路。接着以新制备的PI/PEO/LiTFS固态复合聚合物、以及传统的液态溶液为电解质分别制备了对称电池，测试电化学稳定性，结果发现，采用液态电解质的电池中产生了大量的锂枝晶，相反基于PI/PEO/LiTFS固态电解质的电池中仅出现了微量的锂枝晶，表明了PI/PEO/LiTFS固态电解质的确能够有效地抑制锂枝晶生长。最后研究人员以PI/PEO/LiTFS固态复合聚合物为电解质，与磷酸铁锂正极和锂负极组装成完整的电池器件进行电化学性能测试。在C/10、C/5、C/2和1C不同倍率下，基于PI/PEO/LiTFS固态电解质的锂电池都能够获得较好的放电比容量，分别为176 mAh/g、156 mAh/g、138 mAh/g 和125 mAh/g，表现出了良好的倍率性能。且在C/2倍率下，电池可以稳定循环200余次，平均库伦效率接近100%，能量密度高达246 Wh/kg，是目前文献报道的固态电解质电池能量密度的最高值，与液体电解质电池的能量密度相当。更为关键的是，将电池进行弯折后，电池的依然可以正常工作点亮LED灯泡，展现出良好的柔韧性。
该项研究设计制备了一种超薄的柔性聚合物固态电解质，在保障电池性能前提下，提升了器件的稳定性和机械柔韧性，为解决锂离子电池安全问题和柔性化发展提供了思路。相关研究成果发表在《Nature Nanotechnology》 。
