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東北師范朱廣山團隊AM：13.2微米超薄全固態(tài)電解質(zhì)，6500小時無枝晶穩(wěn)定循環(huán)鋰電池！

第一作者：Yuhan Liu，Pinhui Wang，Zhenyue Yang

通訊作者：朱廣山，盧云峰，Wei?Hu

通訊單位：東北師范大學(xué)，北京化工大學(xué)

論文速覽：

本文研究了固態(tài)鋰電池作為下一代高安全性和高性能電池的有前景的候選者。研究者們開發(fā)了一種基于木質(zhì)素衍生的超薄全固態(tài)復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPEs），該電解質(zhì)僅13.2微米厚，擁有由單離子木質(zhì)素基鋰（L-Li）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）構(gòu)成的三維納米纖維離子橋網(wǎng)絡(luò)，以及聚氧化乙烯/雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰（PEO/LiTFSI）作為填充物。

通過電紡/噴霧和熱壓工藝制備得到的CPE展現(xiàn)出高離子導(dǎo)電性（1.3×10^-4 S cm^-1）、優(yōu)異的抗氧化穩(wěn)定性（4.7 V）以及令人滿意的拉伸強度（高達9.30 MPa）。使用該CPE組裝的Li||Li對稱電池在0.5 mA cm^-2的電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)超過6500小時，且?guī)缀鯖]有鋰枝晶生長。

此外，組裝的Li||CPE||LiFePO4電池在0.2 C的電流密度下可以穩(wěn)定循環(huán)超過700次，初始放電容量高達158.5 mAh g^-1，在室溫下表現(xiàn)超常；在-20°C的溫度下，經(jīng)過250次循環(huán)后，仍有123 mAh g^-1的良好容量保持率。

這些優(yōu)異的電化學(xué)性能主要歸功于納米纖維離子橋網(wǎng)絡(luò)能夠通過電紡工藝均勻分散單離子L-Li，與PEO中良好分散的LiTFSI協(xié)同作用，形成豐富且高效的三維鋰離子傳輸通道。此外，超薄CPE能夠緊密貼合在鋰陽極上，提供更短的離子傳輸距離，誘導(dǎo)在電極界面均勻沉積Li+，抑制鋰枝晶的生長。

本研究為固態(tài)LIBs提供了一種實現(xiàn)超薄生物基電解質(zhì)的有前景的策略，該電解質(zhì)具有高拉伸強度和電化學(xué)性能。

圖文導(dǎo)讀：

圖 1: 展示了L-Li/PVDF和L-Li/ASPE的制備方法、表面和截面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。

圖 2: 描述了L-Li/ASPE12膜的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性和熱分解溫度的測試結(jié)果。

圖 3: 顯示了L-Li10/PVDF和L-Li/ASPE12的電化學(xué)阻抗譜（EIS）、離子導(dǎo)電性和鋰離子傳輸數(shù)。

圖 4: 展示了Li||L-Li/ASPE12||LFP電池在不同電流密度下的循環(huán)性能和速率能力。

圖 5: 揭示了Li||L-Li/ASPE12電池在長期循環(huán)后的鋰金屬表面形貌和電解質(zhì)界面的X射線光電子能譜（XPS）分析結(jié)果。

總結(jié)展望：

本研究開發(fā)的基于木質(zhì)素的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)展現(xiàn)了卓越的電化學(xué)性能，具有13.2微米的超薄厚度，室溫下高達1.3×10^-4 S cm^-1的離子導(dǎo)電率，以及超過6500小時的穩(wěn)定循環(huán)壽命。

此外，該電解質(zhì)在-20°C的低溫下仍能保持良好的循環(huán)性能和容量保持率，為下一代固態(tài)鋰電池提供了一種具有成本效益、高安全性和高性能的解決方案。

這些成果不僅為SLIBs的發(fā)展提供了新的策略，也為木質(zhì)素基材料在高性能電池領(lǐng)域的應(yīng)用開辟了新的可能性。

文獻信息：

標(biāo)題：Lignin Derived Ultra-Thin All-Solid Polymer Electrolytes with Three Dimensional Single-Ion Nanofiber Ionic Bridge Framework for High Performance Lithium Batteries

期刊：Advanced Materials

原創(chuàng)文章，作者：計算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/04/17/3ee2d0cd62/

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