隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)能源存儲(chǔ)設(shè)備的需求日益增長，特別是在便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車領(lǐng)域。鋰金屬電池（LMBs）因其高比能特性而成為研究的熱點(diǎn)。

然而，鋰金屬電池（LMBs）在實(shí)際應(yīng)用中面臨著安全性和電解質(zhì)機(jī)械性能的雙重挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）雖然有助于提高電池的安全性，但其較差的機(jī)械性能限制了電池能量密度的進(jìn)一步提升。

針對(duì)這一問題，北京化工大學(xué)的王峰教授和牛津大學(xué)的副教授團(tuán)隊(duì)開展了一系列研究，成功開發(fā)出一種新型超薄固態(tài)電解質(zhì)，為高比能鋰金屬電池的發(fā)展開辟了新的道路。

在鋰金屬電池的研究中，固態(tài)電解質(zhì)的厚度一直是限制能量密度提升的關(guān)鍵因素。

通常，為了確保電池的機(jī)械穩(wěn)定性和安全性，SSE的厚度需要保持在100μm以上。然而，這導(dǎo)致了電池能量密度的降低。因此，研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是開發(fā)一種既具有高機(jī)械強(qiáng)度又足夠薄的SSE，以實(shí)現(xiàn)LMBs的高能量密度和高安全性。

研究團(tuán)隊(duì)采用了一種創(chuàng)新的方法，通過乙二胺四乙酸（EDTA）的強(qiáng)電子效應(yīng)來誘導(dǎo)聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）發(fā)生構(gòu)象轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變不僅增強(qiáng)了聚合物電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，還通過細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制提高了其整體性能。通過這種方法，研究團(tuán)隊(duì)成功制備出了一種具有10.6 GPa高楊氏模量的5μm超薄聚合物SSE。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種新型SSE不僅具有優(yōu)異的機(jī)械性能，其離子電導(dǎo)率還達(dá)到了2.47×10^-4 S cm^-1，轉(zhuǎn)移數(shù)為0.59，表明了Li+的高效傳導(dǎo)和解離。此外，該SSE還具有4.7V的寬電壓窗口和出色的熱穩(wěn)定性，為其在高能量密度電池中應(yīng)用提供可能。

基于這種新型SSE組裝的軟包電池，在測試中展現(xiàn)出了超高的能量密度，達(dá)到了516 Wh kg^-1和1520 Wh L^-1，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。

該研究題為“An ultrathin solid electrolyte for high-energy lithium metal batteries”，成果已發(fā)表在《Advanced Functional Materials》期刊上。

圖片來源：北京化工大學(xué)

該論文第一作者為材料學(xué)院碩士生劉魯藩，材料學(xué)院王峰教授、牛津副教授、劍橋大學(xué)Adrian Fisher教授為本文共同通訊作者，北京化工大學(xué)為第一完成單位。本研究工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)經(jīng)費(fèi)等多個(gè)項(xiàng)目的資助。

文：集邦固態(tài)電池整理