中国科学院兰州化物所张俊平团队，最新Angew.

【文章信息】

类神经元结构纳米填料助力PEO基固态电解质实现宽温域锂金属电池的稳定循环

第一作者：王万凯

通讯作者：杨燕飞*，张俊平*

单位：中国科学院兰州化物所

【研究背景】

聚环氧乙烷(PEO)具有较高的介电常数和较强的锂盐解离能力，被视为最有希望实现产业化应用的固态电解质。PEO基固态电解质在室温下离子电导率较低，目前，研究人员普遍采用添加无机纳米材料的手段提高其室温离子电导率。然而，无机纳米材料在PEO中非常容易团聚，不能形成连续且快速的锂离子传递通道。因此，开发新型的纳米填料对PEO基固态电解质的发展意义重大。在本工作中，借鉴神经元结构及其对信号高效传输、处理和存储的机制，开发出了具有类似神经元结构的有机硅纳米线@蒙脱石（SNFs@MMT）纳米填料，构建了适用于宽温域锂金属电池的PEO基复合固态电解质（PEO/SNFs@MMT）。这项工作为纳米填料的设计、合成，及其在复合固态电解质中的应用提供了新的思路。

【文章简介】

近日，中国科学院兰州化学物理研究所张俊平团队在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition上发表题为《Neuron-Like Silicone Nanofilaments@Montmorillonite Nanofillers of PEO-Based Solid-State Electrolytes for Lithium Metal Batteries with Wide Operation Temperature》的研究论文。

该论文通过将有机硅纳米线接枝在蒙脱石纳米片上合成了一种类似神经元结构的SNFs@MMT超疏水纳米填料并制备了PEO/SNFs@MMT复合固态电解质。该固态电解质具备高的离子电导率（4.9 × 10^-4 S cm^-1，30 ℃）和离子迁移数（0.63）以及优异的氧化稳定性（5.3 V）和机械性能。使用该复合固态电解质和 LiFePO₄ 或 NCM811正极组装的全固态锂金属电池可在 50 ℃ 至 0 ℃ 的宽温度范围内表现出卓越的循环稳定性和倍率性能。

【本文要点】

图1. 仿神经元结构的SNFs@MMT纳米填料的设计及制备

神经元是神经系统最基本的结构和功能单位，主要由细胞质、轴突和树突组成。神经元特殊的结构使得神经系统具备强大的信息传递和处理能力。受此启发，通过甲基三氯硅烷在甲苯中的水解缩合作用，将有机硅纳米线接枝到蒙脱石纳米片上制备了仿神经元结构的有机硅纳米线@蒙脱石纳米填料。该材料与神经元结构类似，可在PEO基固态电解质中快速地传递和接受Li⁺。