具有高理论比容量、低氧化还原电位的金属锂负极，有望助力下一代高能量电池的实现。然而，液态电解液体系中金属锂负极的枝晶问题饱受诟病。枝晶生长不但能够导致锂的不可逆容量损失，还可能引发电池短路乃至爆炸。科学家们对枝晶生长机理进行了广泛研究，其中得到广泛认可的Chazalviel模型指出，枝晶成核时间受到电解质离子浓度、阴/阳离子迁移率和有效电流密度的影响。提高电解质的锂离子迁移率，降低阴离子迁移率，将有效延长成核时间，抑制枝晶生长。

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近期，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所从枝晶生长机制出发，设计了一种促进锂离子快速传输和均匀沉积的非对称凝胶聚合物电解质（Asymmetric GPE）膜，用于无枝晶生长的金属锂电池。

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首先，经分子动力学（MD）模拟结果证明，PVDF分子链上极性单元能以离子-偶极子作用力结合电解质中的PF6-（图1c），而Li+则在体系中表现出更高的扩散系数（图1e）。利用聚合物这种性质，该团队设计了独特的膜结构用于调节电解质离子分布。其中，占主要部分的竖直孔道层，能够缩短内部传输路径，实现离子快速传导；与锂负极接触面的纳米孔层，起到重新分布和均匀化锂离子流的作用。充电过程中，PF6-被束缚在聚合物基体上，而Li+能够快速传导至负极并均匀沉积，从而实现无枝晶金属锂电池。

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这种非对称结构的聚合物膜由冷冻铸造结合相转化法制得（图2a）。将PVDF-HFP的DMSO溶液在铜板上刮膜并转移至低温的铜冷却器上，利用温度梯度下溶剂冰晶的成核与定向生长形成独特的非对称结构，并在非溶剂中完成固化。经SEM表征，该膜主体部分呈平行排列的孔道结构，而底层为相对致密的纳米孔结构，上下表面相应呈现多孔和致密的形貌。此非对称PVDF-HFP膜经电解液（1MLiPF6inEC/DEC）活化后即得到Asymmetric GPE。与基于多孔膜的PorousGPE相比，Asymmetric GPE具有更高的孔隙率、电解液吸附率，更低的内部曲折度，以及更优秀的力学性能。

经测试，Asymmetric GPE具有与计算结果相符的高锂离子迁移数t+（0.66），明显优于液态电解质（0.34）。同时，独特孔道结构的Asymmetric GPE表现出优异的离子传输性能。20℃下，其离子电导率为3.36 mS cm-1，接近于纯液态电解质，优于PorousGPE和商用Celgard隔膜。Asymmetric GPE优秀的锂离子传导性能将有助于无枝晶锂负极和高性能金属锂电池的实现。