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江蘇大學(xué)/挪威科大Small：用于有限鋰金屬電池的聚苯硫醚基固態(tài)隔膜

對(duì)高能電池的迫切需求推動(dòng)了電池研究向鋰金屬和固態(tài)方向發(fā)展，而最核心的問題是找到合適的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）。到目前為止，研究的電解質(zhì)均有明顯的優(yōu)勢(shì)和致命的弱點(diǎn)，這導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃猶豫不決。

江蘇大學(xué)周海濤、伍建春、挪威科技大學(xué)De Chen等采用無溶劑工藝制備了一種薄而致密的鋰化聚苯硫醚基固態(tài)隔膜（PPS-SSS），并處于中試階段。

圖1 PPS-SSS的設(shè)計(jì)、制備和表征

PPS表面功能化以固定陰離子，將Li⁺轉(zhuǎn)移數(shù)增加至0.8-0.9，并拓寬了電化學(xué)電位窗口（EPW>5.1 V）。實(shí)驗(yàn)顯示，在25°C下，PPS-SSS表現(xiàn)出較高的固有鋰離子擴(kuò)散系數(shù)和離子電導(dǎo)率（>10^-4 S cm^-1），以及鋰離子傳輸整流效應(yīng)，從而在銅箔上可以2 mA cm^-2均勻鍍鋰。

圖2 PPS-SSS中鋰離子傳輸和陰離子固定的原理

因此，基于有限鍍鋰的銅負(fù)極或無負(fù)極銅箔、高負(fù)載和高電壓正極，采用聚乙烯（PE）保護(hù)的PPS SSS的鋰金屬電池（LMB）提供了高能量和功率密度（>1000 Wh L^-1和900 W L^-1）、長循環(huán)壽命（>200次）以及高安全性，超過了最先進(jìn)的鋰離子電池。該研究結(jié)果將促進(jìn)鋰金屬電池的實(shí)用化。

圖3 鋰金屬電池性能

Polyphenylene Sulfide-Based Solid-State Separator for Limited Li Metal Battery. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104365

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