哈尔滨工业大学熊岳平教授课题组撰写的关于固态锂金属电池(SSLMBs)中聚合物电解质的研究文章,发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上。文章介绍了一种新型的纳米纤维结构,旨在解决固态锂电池中离子传输动力学不足和锂枝晶生长问题。

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核心内容包括:

  1. 研究背景:固态锂电池(SSLMBs)因其高能量密度和安全性而备受关注,但复合聚合物电解质(CPEs)的离子导电性不足以及锂枝晶的生长问题限制了其性能。

  2. 研究方法:研究者开发了一种具有高价态钴物种和氧空位的La0.6Sr0.4CoO3-δ (LSC)纳米填料,嵌入到ZnO/Zn3N2功能化的聚酰亚胺(PI)纳米纤维框架中,以建立聚偏二乙烯碳酸酯(PVC)电解质的锂离子传输高速通道,并消除非均匀锂沉积。

  3. 实验结果:通过电场下的表征和理论计算揭示了LSC中的正负电偶层有助于加速Li+扩散动力学,实现了显著的离子导电性(1.50 mS cm-1)和高Li+传输数(0.91),同时避免了电子泄漏的风险。

  4. 研究发现:LSC/Zn-PI纳米纤维的集成与PVC电解质相结合,不仅提高了Li+传输动力学,而且还通过ZnO/Zn3N2的优先牺牲来重构分层的固态电解质界面(SEI)化学,从而延长了电池的循环寿命并提高了倍率性能。

  5. 结论:这种基于LSC/Zn-PI/PVC的电解质设计在调节沿3D LSC/Zn-PI网络的有序Li+传输方面具有优势,通过减弱PVC骨架的耦合力,实现了优异的Li+传输动力学和均匀的Li沉积。