温兆银AFM：多功能复合夹层促成高性能固态锂金属电池

促进Li⁺的界面传输和抑制有害的锂枝晶是开发实用固态锂金属电池的主要挑战。在这方面，使界面合理化以协同增强离子传输和抑制锂枝晶具有重要的意义。

图1. 复合夹层的制备工艺和表征

中国科学院上海硅酸盐研究所温兆银等展示了一种新的策略，即通过设计多功能复合夹层来解决这些问题。具体而言，该夹层由紫外线固化的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（PEGMEMA）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）弹性骨架与全氟聚醚（PFPE）添加剂组成。

研究显示，通过在可扩展的弹性骨架中引入光交联聚合物，增加了自由活化链段，从而促进了Li⁺的迁移和扩散。弹性和Li⁺传导的夹层构建了连续的Li⁺转移路线，提高了抗变形能力，并作为锂和石榴石界面之间的缓冲器。

图2. 复合夹层的锂枝晶抑制能力测试

此外，理论计算和实验结果表明，PFPE的存在引导了薄而均匀的富锂层的形成，防止了Li⁺通量的过度集中，从而提高了锂枝晶的抑制能力。由于独特的结构和成分整合，这种策略赋予了对称电池3.6 mA cm^-2的高临界电流密度和出色的循环寿命（在1.0 mA cm^-2的电流密度下可稳定400小时以上）。

此外，高负载软包电池在20次循环后显示出超过3.25 mAh cm^-2的放电容量。这一策略有望为固态锂金属电池的实际应用提供思路。

图3. 安全增强型混合固态电池的电化学性能

High-Performance Garnet-Type Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by Scalable Elastic and Li+-Conducting Interlayer. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302729

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温兆银AFM：多功能复合夹层促成高性能固态锂金属电池

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