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?陳忠偉院士AM：柔性準固態(tài)電解質助力鋰金屬電池3000次穩(wěn)定循環(huán)！

為柔性鋰金屬電池構建穩(wěn)健的（準）固態(tài)電解質是可取的，但卻極具挑戰(zhàn)性。

加拿大滑鐵盧大學陳忠偉院士等報告了一種用于超長壽命鋰金屬電池（LMB）的具有“樹干”設計的新型柔性且堅固的準固態(tài)電解質（QSSE）。

圖1 動機和設計

受樹干多層結構的啟發(fā)，這項工作首次為LMBs構建了一種柔性而堅固的具有分層離子通道的有機QSSE（Li-MOF/Cellulose，Li-MC，其中MOF成分表示為HKUST-1，Cu₃BTC₂，Cu₃(C₉H₃O₆)₂）。原位生長的MOF層覆蓋在纖維素基框架上，形成分層的離子通道，實現(xiàn)了快速的離子傳輸動力學和良好的耐久性。

因此，Li-MC離子導體的特點是離子電導率為1.36 × 10^-3 S cm^-1，轉移數(shù)為0.72，電化學穩(wěn)定性窗口為5.26 V。同時，同步輻射X射線斷層掃描技術的直接觀察證實，電極/電解質界面區(qū)域實現(xiàn)了無枝晶的鋰金屬沉積。

圖2 Li-MC和Li-Cel的電化學性能

由于這些優(yōu)勢，所獲得的LMBs表現(xiàn)出顯著的電化學性能，即當與LFP正極配對時，在電流密度為0.78 mAh cm-2（1C）下實現(xiàn)了接近100%的高庫侖效率（CE）和3000次充電/放電循環(huán)（6000小時）的超長期穩(wěn)定性。

至于高負載NCM811正極（14.8 mg cm^-2），在2.47 mAh cm^-2的高面容量下經過300次循環(huán)后也獲得了80%的容量保持。總之，這項工作為實現(xiàn)高能量密度和長期穩(wěn)定性的LMB的實際應用提供了一條新的途徑，并為其他相關領域的離子導體的發(fā)展提供了啟示。

圖3 全電池性能

“Tree Trunk” Design for Flexible Quasi Solid-State Electrolyte with Hierarchical Ion-Channels Enabling Ultralong-Life Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203417

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