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目前全固態(tài)鋰電池 (ASLB) 中使用的硫化物固態(tài)電解質(zhì) (SE) 膜具有高厚度 (0.5~1.0 mm) 和低離子電導 (< 25 mS)，這限制了電池級能量和功率密度。

在此，美國東北大學祝紅麗教授等人基于乙基纖維素獨特的兩親分子結構、卓越的熱穩(wěn)定性和出色的結合能力制造了一種靈活、超薄且堅固的SE膜。以乙基纖維素為有效分散劑和粘結劑，Li₆PS₅Cl在甲苯中均勻分散，具有優(yōu)異的成膜性。

通過可擴展的真空過濾過程，膜的厚度得到了很好的控制。此外，乙基纖維素離散分布在SE膜內(nèi)而不是連續(xù)包裹，這通過X射線計算機斷層掃描 (XCT) 得到了驗證。與此同時，Li₃InCl₆作為LiCoO₂正極的界面穩(wěn)定劑和離子導體，促進了反應動力學和長期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 制造SE薄膜的真空過濾方法示意圖及表征

因此，報道的硫化物SE膜具有47 μm的低厚度、7.9 mg cm^-2的輕質(zhì)量、1.65 mS cm^-1的優(yōu)異離子電導率、4.32 Ω cm²的超低面電阻、291 mS的超高離子電導（比最先進的硫化物SE膜高一個數(shù)量級），在80 MPa壓力下具有顯著的抗壓強度和出色的柔韌性。

采用這種SE薄膜和穩(wěn)定正極的ASLB提供了175 Wh kg^-1和675 Wh L^-1的電池級高重量和體積能量密度。這項工作發(fā)現(xiàn)了一種獨特的粘結劑，可用于大規(guī)模制造用于高能ASLB的超薄、堅固和高離子導電的SE膜。

圖2. 基于該SE薄膜的ASLB能量密度

Amphipathic Binder Integrating Ultrathin and Highly Ion-Conductive Sulfide Membrane for Cell-Level High-Energy-Density All-Solid-State Batteries, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105505

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祝紅麗AM：用于高能全固態(tài)電池的超薄和高離子導電硫化物膜

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