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天工大康衛民/鄧南平/國家超算天津中心AFM：異質結構加速聚合物固態電解質中的鋰鹽解離

基于聚合物固態電解質的固態鋰金屬電池（SSLMBs）的實際應用一直受到其低離子傳導性和鋰枝晶引起的短路的阻礙。

圖1. 材料制備示意

天津工業大學康衛民、鄧南平、國家超級計算天津中心Geng Li等創新性地將一維鐵電陶瓷基Bi₄Ti₃O₁₂-BiOBr異質結納米纖維（BIT-BOB HNFs）引入聚環氧乙烷（PEO）基質，構建了具有”解離區”和”加速區”的鋰離子傳導高速公路。

研究顯示，BIT-BOB HNFs作為一維陶瓷填料，不僅可以構建長程有機/無機界面作為離子傳輸通道，還可以通過BIT-BOB HNFs的電偶極子層和內置電場為這些通道設置”解離區”和”加速區”，以促進鋰鹽的解離和鋰離子的傳輸。作者采用實驗測試和密度泛函理論計算驗證了BIT-BOB HNFs在聚合物基體中的工作機制。

圖2. 對稱電池性能

結果，所獲得的復合固態電解質表現出優異的鋰離子電導率和遷移系數（50℃時分別為6.67×10^-4S cm^-1和0.54）。組裝后的鋰對稱電池具有良好的循環穩定性，循環時間超過4500 h。此外，LiFePO₄||鋰全電池在2200次循環后具有較高的庫侖效率（>99.9%）和放電容量保持率（>87%）。此外，所制備的復合聚合物固態電解質在柔性軟包電池中也具有良好的實際應用潛力。

圖3. 全電池性能

Heterojunction-Accelerating Lithium Salt Dissociation in Polymer Solid Electrolytes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307263

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