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全固態鋰離子電池由于采用了固態電解質替代傳統有機液態電解液，有望從根本上解決電池的安全性的同時，還能進一步提升鋰電池的能量密度和循環壽命，符合未來高安全性高能量密度鋰離子電池發展的方向。

然而，要實現高能量密度的準固態鋰金屬電池（LMB），需要一種具有枝晶突變抑制特性的超薄準固態電解質（QSE）。

在此，清華大學王海輝、華南理工大學王素清等人在正極上設計了一個 5.1 μm 的剛性 QSE 層。

其中，作者將帶有負電荷基團的凱夫拉（聚對苯二甲酸對苯二甲酯）納米纖維（KANFs）作為剛性骨架橋接金屬有機框架（MOF）顆粒，并選擇不易燃的深共晶溶劑（DES）封裝到 MOF 通道中，再結合原位聚合反應完成具有高剛性和穩定性的高安全電解質系統。

結果顯示，所構建的拓撲網絡具有高剛性（5.4 GPa）、高離子電導率（室溫下為 0.73 mS cm^-1）、良好的離子調控性能和更高的結構穩定性，有助于實現均勻的鋰離子通量、優異的枝晶抑制能力和延長 LMB 的循環性能。

圖1. 作用機制

總之，該工作提出了一種基于UiO-66@KANF復合材料的5.1微米厚的剛性準固體電解質。

具體而言，作者通過UiO-66@KANF的項鏈狀離子通道結構，結合不易燃深共晶溶劑作為離子傳輸載體，實現了高鋰離子導電性(0.73 mS/cm)、低鋰離子擴散活化能(0.0422 eV)和高模量(5.4 GPa)。

該電解質顯著抑制了鋰枝晶生長，提升了鋰金屬電池的循環穩定性，在4C下循環500圈容量保持率為128.7 mAh/g。因此，該項工作為構建高能量密度、長循環壽命的鋰金屬電池提供了有效策略。

圖2. 電池性能

5.1 μm Ion‐Regulated Rigid Quasi‐Solid Electrolyte Constructed by Bridging Fast Li‐Ion Transfer Channels for Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202401837

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清華大學/華南理工AM：橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質

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