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天工大康衛(wèi)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(shù)復合電解質(zhì)

使用全固態(tài)電解質(zhì)替代易燃液體電解質(zhì)，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(zhì)的室溫離子電導率低和鋰遷移數(shù)小，導致鋰枝晶生長和電池內(nèi)阻增加。

在此，天津工業(yè)大學康衛(wèi)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(huán)氧乙烷）（PEO）復合納米纖維膜，該膜是優(yōu)異的鋰離子導體。納米纖維中的芯層PVDF可為復合電解質(zhì)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(fā)，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(zhì)的離子電導率提高到2.3×10^-4S cm^-1 (30 °C)。

圖1. 全固態(tài)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(shù)（0.64）賦予復合電解質(zhì)優(yōu)異的抑制鋰枝晶生長的能力。配備復合電解質(zhì)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(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，表明復合電解質(zhì)與鋰金屬之間具有優(yōu)異的界面相容性。

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

圖2. 全固態(tài)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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