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天工大康衛民/鄧南平EnSM: 基于核殼結構納米纖維-陶瓷納米線的高鋰遷移數復合電解質

使用全固態電解質替代易燃液體電解質，可以有效提高鋰金屬電池的能量密度和安全性。然而，這些電解質的室溫離子電導率低和鋰遷移數小，導致鋰枝晶生長和電池內阻增加。

在此，天津工業大學康衛民和鄧南平等人采用一種新型同軸靜電紡絲技術制備具有核殼結構的 PVDF-聚（環氧乙烷）（PEO）復合納米纖維膜，該膜是優異的鋰離子導體。納米纖維中的芯層PVDF可為復合電解質提供強大的骨架支撐，沿芯纖維分布的殼層PEO可通過絡合-解絡合為鋰離子提供3D有序傳輸通道。

此外，受陶瓷納米線離子傳輸特性的啟發，將具有氧空位的低成本Gd摻雜 CeO₂ (GDC) 陶瓷納米線引入納米纖維中，通過提供長距離的鋰離子傳輸路徑，進一步將復合電解質的離子電導率提高到2.3×10^-4S cm^-1 (30 °C)。

圖1. 全固態LiFePO₄?/Li電池的電化學性能

高機械強度（10.8 MPa）和鋰離子轉移數（0.64）賦予復合電解質優異的抑制鋰枝晶生長的能力。配備復合電解質的Li/Li對稱電池在不同容量（0.1、0.2和0.4 mAh cm^-2）的各種電流密度下表現出優異的循環穩定性，表明復合電解質與鋰金屬之間具有優異的界面相容性。

此外，Li/LiFePO₄和Li/LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC)電池優異的長循環穩定性、倍率性能和高庫侖效率，充分證明了該復合電解質在金屬鋰電池中的應用前景。

圖2. 全固態NMC/Li電池在50°C下的電化學性能

Core-shell structure nanofibers-ceramic nanowires based composite electrolytes with high Li transference number for high-performance all-solid-state lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.013

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