随着人类社会对清洁能源的需求日渐加深，下一代高比能电池逐渐成为研究热点。然而，高比能电池材料在充放电过程中会难以避免地发生巨大的周期性体积变化或枝晶穿刺，造成电池的失效甚至更为严重的安全问题。

对此，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正课题组引入具有能量耗散功能的机械互锁聚合物网络（Mechanically Interlocked Network, MIN）作为锂金属电池负极界面层，对充放电过程中电池材料反复膨胀或枝晶生长产生的机械应力进行耗散，实现锂金属电池的长效稳定循环。通过网络中高密度的[2]轮烷单元在外力下发生的主客体解离与分子内滑动，耗散由于锂金属周期性体积变化所带来的应力，避免了应力在聚合物界面层中的集中与积累，因而获得了可长循环的锂金属电池。

本文首先表征了MIN的机械性能。结果显示，与非互锁对照材料相比，MIN体现出更优的机械性能与独特的能量耗散特性。通过宏观的针刺实验可知，具备能量耗散能力的MIN表现出更优的抗穿刺能力。

形貌表征表明：在MIN界面层的保护下，锂在铜集流体表面形成了紧实完整的堆积层。即使在多次反复沉积/剥离后，MIN膜完好无损，保持了结构完整性和界面稳定性。相对应地，无MIN界面层或非互锁对照材料界面层均在多次循环后失效。

电化学测试表明，使用MIN修饰的锂片组成的对称电池在1 mA/cm²条件下的循环寿命达到了1500小时。同时，以MIN修饰的锂负极与磷酸铁锂正极组成的全电池在1 C下稳定循环超过500次，容量保留率为88%。优于使用非互锁对照材料作为界面层或未经修饰的锂负极的电池。

同时，本文通过有限元分析进一步模拟了MIN在锂的反复沉积/剥离过程中对负极的保护作用。结果显示，具备耗散能力的界面层，在相同的锂枝晶侵入深度下表现出更低的应力与更为均匀的应力分布，从而有力地证明了能量耗散作用对保持MIN界面层完整与锂金属负极长效循环稳定的重要性。

可以预见的是，在广泛的高比能电池体系中，电池材料巨大的周期性体积变化是一个系统性存在的问题。相对于着眼于设计高模量聚合物材料来应对单次的体积膨胀或枝晶穿刺，电池材料的周期性体积变化更值得关注。而通过该工作，作者证明具备独特能量耗散机制的机械互锁聚合物可对这一问题给出很好的应对。因此作者预期，机械互锁聚合物网络可在其他涉及抑制电池材料体积变化的领域展示出更巨大的潜力。