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孟躍中/王拴緊AFM：全固態(tài)LiFePO4|Li電池-20℃下循環(huán)1200次！

由于迫切需要更高能量密度和更安全的電池，固態(tài)鋰金屬電池（SSLMBs）是非常理想的儲(chǔ)能方式。然而，SSLMBs在低溫下的穩(wěn)定循環(huán)仍然是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。

圖1, 采用設(shè)計(jì)固態(tài)電解質(zhì)的SSLMB示意圖

中山大學(xué)孟躍中、王拴緊等提出了一種基于聚醚-b-酰胺（PEO-b-PA）的高粘彈性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，并通過(guò)無(wú)溶劑的一鍋熔融處理來(lái)解決這一關(guān)鍵過(guò)程。

通過(guò)調(diào)整PEO-b-PA與雙三氟甲磺酸亞胺鋰的摩爾比（環(huán)氧乙烷：Li=6:1），并加入20wt.%的丁二腈，在均勻的聚合物電解質(zhì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的Li+傳輸通道，從而使其在超低溫（-20至25℃）下應(yīng)用。

圖2. 固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)及半電池性能

該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)利用動(dòng)態(tài)氫鍵域和離子傳導(dǎo)域，在-20℃時(shí)實(shí)現(xiàn)了低界面電荷轉(zhuǎn)移電阻（<600Ω）和高離子傳導(dǎo)率（25℃，3.7×10^-4 S cm^-1）。

因此，基于復(fù)合電解質(zhì)的LiFePO₄|Li電池表現(xiàn)出了出色的電化學(xué)性能，在-20℃下循環(huán)1200次后容量保持率達(dá)到81.5%，在25℃下高負(fù)載（16.1 mg cm^-2）時(shí)放電比容量達(dá)到141.1 mAh g-1。此外，固態(tài)單晶NCM811|Li電池在針刺試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的安全性能，顯示出實(shí)際應(yīng)用的巨大前景。

圖3. 全電池性能及循環(huán)后正極分析

Polyether-b-Amide Based Solid Electrolytes with Well-Adhered Interface and Fast Kinetics for Ultralow Temperature Solid-State Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300683

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