清华大学/华南理工AM：桥接快速锂离子传输通道构建5.1μm刚性准固态电解质

全固态锂离子电池由于采用了固态电解质替代传统有机液态电解液，有望从根本上解决电池的安全性的同时，还能进一步提升锂电池的能量密度和循环寿命，符合未来高安全性高能量密度锂离子电池发展的方向。

然而，要实现高能量密度的准固态锂金属电池（LMB），需要一种具有枝晶突变抑制特性的超薄准固态电解质（QSE）。

在此，清华大学王海辉、华南理工大学王素清等人在正极上设计了一个 5.1 μm 的刚性 QSE 层。

其中，作者将带有负电荷基团的凯夫拉（聚对苯二甲酸对苯二甲酯）纳米纤维（KANFs）作为刚性骨架桥接金属有机框架（MOF）颗粒，并选择不易燃的深共晶溶剂（DES）封装到 MOF 通道中，再结合原位聚合反应完成具有高刚性和稳定性的高安全电解质系统。

结果显示，所构建的拓扑网络具有高刚性（5.4 GPa）、高离子电导率（室温下为 0.73 mS cm^-1）、良好的离子调控性能和更高的结构稳定性，有助于实现均匀的锂离子通量、优异的枝晶抑制能力和延长 LMB 的循环性能。

图1. 作用机制

总之，该工作提出了一种基于UiO-66@KANF复合材料的5.1微米厚的刚性准固体电解质。

具体而言，作者通过UiO-66@KANF的项链状离子通道结构，结合不易燃深共晶溶剂作为离子传输载体，实现了高锂离子导电性(0.73 mS/cm)、低锂离子扩散活化能(0.0422 eV)和高模量(5.4 GPa)。

该电解质显著抑制了锂枝晶生长，提升了锂金属电池的循环稳定性，在4C下循环500圈容量保持率为128.7 mAh/g。因此，该项工作为构建高能量密度、长循环寿命的锂金属电池提供了有效策略。

图2. 电池性能

5.1 μm Ion‐Regulated Rigid Quasi‐Solid Electrolyte Constructed by Bridging Fast Li‐Ion Transfer Channels for Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202401837

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清华大学/华南理工AM：桥接快速锂离子传输通道构建5.1μm刚性准固态电解质

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