13.2微米超薄全固态电解质，6500小时无枝晶稳定循环锂电池

第一作者：Yuhan Liu，Pinhui Wang，Zhenyue Yang

通讯作者：朱广山，卢云峰，Wei Hu

通讯单位：东北师范大学，北京化工大学

论文速览：

本文研究了固态锂电池作为下一代高安全性和高性能电池的有前景的候选者。研究者们开发了一种基于木质素衍生的超薄全固态复合聚合物电解质（CPEs），该电解质仅13.2微米厚，拥有由单离子木质素基锂（L-Li）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）构成的三维纳米纤维离子桥网络，以及聚氧化乙烯/双(三氟甲磺酰)亚胺锂（PEO/LiTFSI）作为填充物。

通过电纺/喷雾和热压工艺制备得到的CPE展现出高离子导电性（1.3×10-4 S cm-1）、优异的抗氧化稳定性（4.7 V）以及令人满意的拉伸强度（高达9.30 MPa）。使用该CPE组装的Li||Li对称电池在0.5 mA cm-2的电流密度下可以稳定循环超过6500小时，且几乎没有锂枝晶生长。

此外，组装的Li||CPE||LiFePO4电池在0.2 C的电流密度下可以稳定循环超过700次，初始放电容量高达158.5 mAh g-1，在室温下表现超常；在-20°C的温度下，经过250次循环后，仍有123 mAh g-1的良好容量保持率。

这些优异的电化学性能主要归功于纳米纤维离子桥网络能够通过电纺工艺均匀分散单离子L-Li，与PEO中良好分散的LiTFSI协同作用，形成丰富且高效的三维锂离子传输通道。此外，超薄CPE能够紧密贴合在锂阳极上，提供更短的离子传输距离，诱导在电极界面均匀沉积Li+，抑制锂枝晶的生长。

本研究为固态LIBs提供了一种实现超薄生物基电解质的有前景的策略，该电解质具有高拉伸强度和电化学性能。

图文导读：

图 1: 展示了L-Li/PVDF和L-Li/ASPE的制备方法、表面和截面的扫描电子显微镜（SEM）图像。

图 2: 描述了L-Li/ASPE12膜的力学性能、热稳定性和热分解温度的测试结果。

图 3: 显示了L-Li10/PVDF和L-Li/ASPE12的电化学阻抗谱（EIS）、离子导电性和锂离子传输数。

图 4: 展示了Li||L-Li/ASPE12||LFP电池在不同电流密度下的循环性能和速率能力。

图 5: 揭示了Li||L-Li/ASPE12电池在长期循环后的锂金属表面形貌和电解质界面的X射线光电子能谱（XPS）分析结果。

总结展望：

本研究开发的基于木质素的全固态聚合物电解质展现了卓越的电化学性能，具有13.2微米的超薄厚度，室温下高达1.3×10-4 S cm-1的离子导电率，以及超过6500小时的稳定循环寿命。

此外，该电解质在-20°C的低温下仍能保持良好的循环性能和容量保持率，为下一代固态锂电池提供了一种具有成本效益、高安全性和高性能的解决方案。

这些成果不仅为SLIBs的发展提供了新的策略，也为木质素基材料在高性能电池领域的应用开辟了新的可能性。

文献信息：

标题：Lignin Derived Ultra-Thin All-Solid Polymer Electrolytes with Three Dimensional Single-Ion Nanofiber Ionic Bridge Framework for High Performance Lithium Batteries

期刊：Advanced Materials