上交罗加严AM：电解质厚度小于5μm的固态电池，能量密度超500 Wh kg-1！

固态电池（SSB）能够解决有机电解液的安全问题并实现高能锂负极。为了确保SSB的高能量密度，固态电解质 (SSE) 需满足既薄又轻同时提供宽的电化学窗口的条件。然而，SSE厚度的减小和精细的结构可能会增加电池的安全风险，不利于SSB的实际应用。

在此，上海交通大学罗加严教授等人提出了一种超薄 (4.2 µm) 和轻质 (1.29 g cm^-3 ) 的双层SSE，其中包含了嵌入聚合物电解质中的3D超薄框架。

超薄复合SSE是刚性陶瓷填料和软聚合物电解质的组合，耐火且坚硬的陶瓷框架提高了复合SSE的安全能力和机械强度，双层聚合物结构可以稳定锂负极和高压正极，甚至高达4.7 V。此外，3D 陶瓷结构促进了锂离子传导并调节锂沉积。

图1. 双层复合SSE的制备和结构表征

因此，具有有限N/P比 (1.1) 的固态NCM811锂金属电池在3000小时内表现出稳定和长寿命的性能，具有506 Wh kg^-1和1514 Wh L^-1的高能量密度，验证了基于复合SSE的实际应用的可能性。

值得注意的是，无负极全电池显示出显著延长的循环性能（平均CE高达99.2%），进一步证明了高能量密度SSB的潜力。预计这种超薄复合SSE将提供一个范例并引领大规模储能系统中高能量密度锂电池的发展。

图2. 基于复合SE的高负载SSB的电化学性能

High Energy Density Solid State Lithium Metal Batteries Enabled by Sub-5 µm Solid Polymer Electrolytes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105329

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