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北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構(gòu)建復(fù)合聚合物電解質(zhì)用于固態(tài)鋰電池

為了應(yīng)對(duì)固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率和全固態(tài)鋰金屬電池中鋰枝晶生長(zhǎng)帶來(lái)的挑戰(zhàn)，通過(guò)組合構(gòu)建的復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPEs）三維 (3D) 多孔陶瓷框架和聚合物已得到廣泛研究。然而，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備3D高強(qiáng)度多孔陶瓷框架仍然存在許多挑戰(zhàn)。

在此，北京科技大學(xué)范麗珍教授等人通過(guò)使用普通廉價(jià)的NaCl粉末作為犧牲模板，成功開(kāi)發(fā)了一種新穎且簡(jiǎn)單的3D Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃（LATP）多孔導(dǎo)電框架合成策略。這種優(yōu)秀的策略有以下幾個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

（i）該方法不僅操作簡(jiǎn)單，而且經(jīng)濟(jì)環(huán)保；

(ii) 模板容易被水去除，3D多孔導(dǎo)電骨架的孔隙率容易控制；

(iii) 3D LATP 框架可以提供連續(xù)的Li⁺導(dǎo)電通路和足夠的機(jī)械模量來(lái)促進(jìn) Li⁺快速傳輸和防止鋰枝晶的生長(zhǎng)。具有雙（三氟甲基磺酰）亞胺（LiTFSI）的PEO基質(zhì)被引入3D互連的LATP多孔導(dǎo)電框架中以形成CPE（CPE-3D），其表現(xiàn)出優(yōu)異的離子電導(dǎo)率（7.47×10^-4S cm^-1，60 ℃）。

圖1. 3D多孔LATP框架合成和表征

因此，受益于3D互連多孔LATP框架增強(qiáng)的機(jī)械和離子電導(dǎo)率，基于CPE-3D的Li/Li對(duì)稱電池可以在0.2 mA cm^-2的電流密度、0.2 mAh cm^-2的面積容量下循環(huán)1000 h以上，在0.1 mA cm^-2、0.1 mAh cm^-2下循環(huán)2000 h。

此外，具有這種CPE-3D的全固態(tài)LFP/Li電池提供98 mAh g^-1的放電容量，在1C和60°C的條件下循環(huán)200次后容量保持率為80%，證實(shí)了CPE-3D在增強(qiáng)Li⁺傳輸和Li枝晶抑制方面的優(yōu)越性。該方法為制備三維多孔陶瓷框架增強(qiáng)的復(fù)合聚合物電解質(zhì)提供了一種新思路。

圖2. 基于LFP的全固態(tài)電池在60°C下的循環(huán)性能

Composite Polymer Electrolyte with Three-Dimensional Ion Transport Channels Constructed by NaCl Template for Solid-State Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.021

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