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超薄復合固態電解質（CSSE）由于其超薄的厚度和對鋰金屬負極的良好適應性，使其在高能量密度固態電池中具有巨大應用前景。然而，由于無機粉末的聚集而導致鋰枝晶生長和性能惡化限制了超薄CSSE的實際應用。

在此，中國科學院上海硅酸鹽研究所溫兆銀教授團隊通過流延成型方法制備了柔性自支撐Li_6.5La₃Zr_1.5Ta_0.5O₁₂（LLZO）陶瓷骨架。隨后，通過在陶瓷骨架（CS-CSSE）中對乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）進行原位UV固化，實現了具有3D互連結構的12μm厚的CSSE。

該設計燒結LLZO陶瓷骨架可以避免無機相的不均勻分布并調節離子遷移；交聯的ETPTA聚合物電解質有助于降低界面阻抗。此外，連續的兩相界面還可以為Li⁺提供快速傳輸通道。

圖1. CS-CSSE的電花學性能及Li+在CS-CSSE中傳輸的示意圖

研究表明，這種結構使得與陶瓷和聚合物的協同作用能夠得到更大程度的開發，從而形成具有超薄、不燃、柔性、快速鋰離子傳輸以及與鋰金屬穩定界面的復合電解質。與PSSE和CP-CSSE相比，CS-CSSE的室溫離子電導率可達到1.19×10^?3 S cm^?1，tLi+為0.83。同時，在對稱電池的循環測試中，基于CS-CSSE的鋰對稱電池可以在0.3 mA cm^?2下穩定循環1000小時以上。而Li|CS-CSSE|LiNi_0.83Co_0.12Mn_0.05O₂全電池同樣表現出優異的倍率性能和長循環性能。

此外，基于CS-CSSE的軟包電池可以實現376 Wh Kg^?1和1186 Wh L^?1的高能量密度。因此，具有基于多孔石榴石陶瓷骨架（CS-CSSE）的3D互連結構超薄復合固態電解質可以將優異的電化學性能與高能量密度相結合。這種策略和結構也適用于其他氧化物陶瓷電解質或聚合物，它們在高性能固態電池系統中具有巨大的應用前景。

圖2. CS-CSSE的對電池性能

12 μm-Thick Sintered Garnet Ceramic Skeleton Enabling High-Energy-Density Solid-State Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202204028

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溫兆銀團隊AEM：12μm厚陶瓷骨架，實現高能量密度固態鋰金屬電池

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