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天工大康衛(wèi)民/鄧南平/國(guó)家超算天津中心AFM：異質(zhì)結(jié)構(gòu)加速聚合物固態(tài)電解質(zhì)中的鋰鹽解離

基于聚合物固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)鋰金屬電池（SSLMBs）的實(shí)際應(yīng)用一直受到其低離子傳導(dǎo)性和鋰枝晶引起的短路的阻礙。

圖1. 材料制備示意

天津工業(yè)大學(xué)康衛(wèi)民、鄧南平、國(guó)家超級(jí)計(jì)算天津中心Geng Li等創(chuàng)新性地將一維鐵電陶瓷基Bi₄Ti₃O₁₂-BiOBr異質(zhì)結(jié)納米纖維（BIT-BOB HNFs）引入聚環(huán)氧乙烷（PEO）基質(zhì)，構(gòu)建了具有”解離區(qū)”和”加速區(qū)”的鋰離子傳導(dǎo)高速公路。

研究顯示，BIT-BOB HNFs作為一維陶瓷填料，不僅可以構(gòu)建長(zhǎng)程有機(jī)/無(wú)機(jī)界面作為離子傳輸通道，還可以通過(guò)BIT-BOB HNFs的電偶極子層和內(nèi)置電場(chǎng)為這些通道設(shè)置”解離區(qū)”和”加速區(qū)”，以促進(jìn)鋰鹽的解離和鋰離子的傳輸。作者采用實(shí)驗(yàn)測(cè)試和密度泛函理論計(jì)算驗(yàn)證了BIT-BOB HNFs在聚合物基體中的工作機(jī)制。

圖2. 對(duì)稱電池性能

結(jié)果，所獲得的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰離子電導(dǎo)率和遷移系數(shù)（50℃時(shí)分別為6.67×10^-4S cm^-1和0.54）。組裝后的鋰對(duì)稱電池具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)時(shí)間超過(guò)4500 h。此外，LiFePO₄||鋰全電池在2200次循環(huán)后具有較高的庫(kù)侖效率（>99.9%）和放電容量保持率（>87%）。此外，所制備的復(fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)在柔性軟包電池中也具有良好的實(shí)際應(yīng)用潛力。

圖3. 全電池性能

Heterojunction-Accelerating Lithium Salt Dissociation in Polymer Solid Electrolytes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202307263

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