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促進(jìn)Li⁺的界面?zhèn)鬏敽鸵种朴泻Φ匿囍情_發(fā)實(shí)用固態(tài)鋰金屬電池的主要挑戰(zhàn)。在這方面，使界面合理化以協(xié)同增強(qiáng)離子傳輸和抑制鋰枝晶具有重要的意義。

圖1. 復(fù)合夾層的制備工藝和表征

中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所溫兆銀等展示了一種新的策略，即通過設(shè)計(jì)多功能復(fù)合夾層來解決這些問題。具體而言，該夾層由紫外線固化的聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯（PEGMEMA）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）彈性骨架與全氟聚醚（PFPE）添加劑組成。

研究顯示，通過在可擴(kuò)展的彈性骨架中引入光交聯(lián)聚合物，增加了自由活化鏈段，從而促進(jìn)了Li⁺的遷移和擴(kuò)散。彈性和Li⁺傳導(dǎo)的夾層構(gòu)建了連續(xù)的Li⁺轉(zhuǎn)移路線，提高了抗變形能力，并作為鋰和石榴石界面之間的緩沖器。

圖2. 復(fù)合夾層的鋰枝晶抑制能力測試

此外，理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PFPE的存在引導(dǎo)了薄而均勻的富鋰層的形成，防止了Li⁺通量的過度集中，從而提高了鋰枝晶的抑制能力。由于獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和成分整合，這種策略賦予了對稱電池3.6 mA cm^-2的高臨界電流密度和出色的循環(huán)壽命（在1.0 mA cm^-2的電流密度下可穩(wěn)定400小時以上）。

此外，高負(fù)載軟包電池在20次循環(huán)后顯示出超過3.25 mAh cm^-2的放電容量。這一策略有望為固態(tài)鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用提供思路。

圖3. 安全增強(qiáng)型混合固態(tài)電池的電化學(xué)性能

High-Performance Garnet-Type Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by Scalable Elastic and Li+-Conducting Interlayer. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302729

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溫兆銀AFM：多功能復(fù)合夾層促成高性能固態(tài)鋰金屬電池

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