天工大康卫民/邓南平EnSM: 基于核壳结构纳米纤维-陶瓷纳米线的高锂迁移数复合电解质

使用全固态电解质替代易燃液体电解质，可以有效提高锂金属电池的能量密度和安全性。然而，这些电解质的室温离子电导率低和锂迁移数小，导致锂枝晶生长和电池内阻增加。

在此，天津工业大学康卫民和邓南平等人采用一种新型同轴静电纺丝技术制备具有核壳结构的 PVDF-聚（环氧乙烷）（PEO）复合纳米纤维膜，该膜是优异的锂离子导体。纳米纤维中的芯层PVDF可为复合电解质提供强大的骨架支撑，沿芯纤维分布的壳层PEO可通过络合-解络合为锂离子提供3D有序传输通道。

此外，受陶瓷纳米线离子传输特性的启发，将具有氧空位的低成本Gd掺杂 CeO₂ (GDC) 陶瓷纳米线引入纳米纤维中，通过提供长距离的锂离子传输路径，进一步将复合电解质的离子电导率提高到2.3×10^-4S cm^-1 (30 °C)。

图1. 全固态LiFePO₄ /Li电池的电化学性能

高机械强度（10.8 MPa）和锂离子转移数（0.64）赋予复合电解质优异的抑制锂枝晶生长的能力。配备复合电解质的Li/Li对称电池在不同容量（0.1、0.2和0.4 mAh cm^-2）的各种电流密度下表现出优异的循环稳定性，表明复合电解质与锂金属之间具有优异的界面相容性。

此外，Li/LiFePO₄和Li/LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NMC)电池优异的长循环稳定性、倍率性能和高库仑效率，充分证明了该复合电解质在金属锂电池中的应用前景。

图2. 全固态NMC/Li电池在50°C下的电化学性能

Core-shell structure nanofibers-ceramic nanowires based composite electrolytes with high Li transference number for high-performance all-solid-state lithium metal batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.013

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天工大康卫民/邓南平EnSM: 基于核壳结构纳米纤维-陶瓷纳米线的高锂迁移数复合电解质

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