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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(dǎo) (< 25 mS)，這限制了電池級(jí)能量和功率密度。

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

通過(guò)可擴(kuò)展的真空過(guò)濾過(guò)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(guò)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描 (XCT) 得到了驗(yàn)證。與此同時(shí)，Li₃InCl₆作為L(zhǎng)iCoO₂正極的界面穩(wěn)定劑和離子導(dǎo)體，促進(jìn)了反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性。

圖1. 制造SE薄膜的真空過(guò)濾方法示意圖及表征

因此，報(bào)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(dǎo)率、4.32 Ω cm²的超低面電阻、291 mS的超高離子電導(dǎo)（比最先進(jìn)的硫化物SE膜高一個(gè)數(shù)量級(jí)），在80 MPa壓力下具有顯著的抗壓強(qiáng)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(jí)高重量和體積能量密度。這項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)了一種獨(dú)特的粘結(jié)劑，可用于大規(guī)模制造用于高能ASLB的超薄、堅(jiān)固和高離子導(dǎo)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(dǎo)電硫化物膜

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