北科大范丽珍EnSM: 以NaCl为模板构建复合聚合物电解质用于固态锂电池

为了应对固态电解质的低离子电导率和全固态锂金属电池中锂枝晶生长带来的挑战，通过组合构建的复合聚合物电解质（CPEs）三维 (3D) 多孔陶瓷框架和聚合物已得到广泛研究。然而，通过简单的方法制备3D高强度多孔陶瓷框架仍然存在许多挑战。

在此，北京科技大学范丽珍教授等人通过使用普通廉价的NaCl粉末作为牺牲模板，成功开发了一种新颖且简单的3D Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃（LATP）多孔导电框架合成策略。这种优秀的策略有以下几个独特的优点：

（i）该方法不仅操作简单，而且经济环保；

(ii) 模板容易被水去除，3D多孔导电骨架的孔隙率容易控制；

(iii) 3D LATP 框架可以提供连续的Li⁺导电通路和足够的机械模量来促进 Li⁺快速传输和防止锂枝晶的生长。具有双（三氟甲基磺酰）亚胺（LiTFSI）的PEO基质被引入3D互连的LATP多孔导电框架中以形成CPE（CPE-3D），其表现出优异的离子电导率（7.47×10^-4S cm^-1，60 ℃）。

图1. 3D多孔LATP框架合成和表征

因此，受益于3D互连多孔LATP框架增强的机械和离子电导率，基于CPE-3D的Li/Li对称电池可以在0.2 mA cm^-2的电流密度、0.2 mAh cm^-2的面积容量下循环1000 h以上，在0.1 mA cm^-2、0.1 mAh cm^-2下循环2000 h。

此外，具有这种CPE-3D的全固态LFP/Li电池提供98 mAh g^-1的放电容量，在1C和60°C的条件下循环200次后容量保持率为80%，证实了CPE-3D在增强Li⁺传输和Li枝晶抑制方面的优越性。该方法为制备三维多孔陶瓷框架增强的复合聚合物电解质提供了一种新思路。

图2. 基于LFP的全固态电池在60°C下的循环性能

Composite Polymer Electrolyte with Three-Dimensional Ion Transport Channels Constructed by NaCl Template for Solid-State Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.021

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北科大范丽珍EnSM: 以NaCl为模板构建复合聚合物电解质用于固态锂电池

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