盡管固態(tài)復合電解質(zhì)在實用固態(tài)鋰金屬電池中顯示出巨大的潛力,但尋找一種直接的策略來促進電解質(zhì)/電極界面的離子傳導,特別是解決濃度梯度極化引起的鋰枝晶形成,仍然是長期存在的問題。深圳大學劉琛等報道了一種波紋狀的3D納米線-塊狀陶瓷納米線(NCN)骨架增強復合電解質(zhì),其具有可調(diào)節(jié)的界面鋰離子傳輸行為。圖1 NCN-CPE中理想狀態(tài)和實際狀態(tài)下鋰離子傳輸示意圖特殊且集成的NCN骨架賦予電解質(zhì)快速的鋰離子轉(zhuǎn)移,解決了電極/電解質(zhì)界面的鋰離子濃度極化問題,從而消除了電荷載流子重新分布產(chǎn)生的能量勢壘,并在鋰負極上提供了均勻的界面鋰離子通量。在納米線網(wǎng)絡的兩側(cè)注入聚合物電解質(zhì)后,兩個電極都可以實現(xiàn)低界面電阻和良好的附著力。此外,作為一種“雙重保險”,3D框架中的大塊陶瓷片使電解質(zhì)能夠阻止陰離子的遷移。圖2 NCN-CPE的表征研究顯示,這種NCN復合電解質(zhì)(NCN-CPE)的電化學窗口可以達到5 V,40 °C下的離子電導率高達4.15 × 10-4 S·cm-1。基于NCN復合電解質(zhì)的鋰對稱電池在電流密度為0.1 mA cm-2的鋰沉積/剝離試驗中可穩(wěn)定循環(huán)600 h,表現(xiàn)出優(yōu)異的界面穩(wěn)定性和鋰枝晶抑制能力,組裝的全固態(tài)電池在500次循環(huán)后也具有90.2%的容量保持率。這項工作不僅保證了高離子傳導結(jié)構(gòu),還通過界面優(yōu)化進一步提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性,為未來構(gòu)建3D陶瓷骨架增強復合電解質(zhì)的界面優(yōu)化提出了新方向。圖3 LiFePO4/CPE/Li電池性能Regulating Interfacial Li-Ion Transport via an Integrated Corrugated 3D Skeleton in Solid Composite Electrolyte for All-Solid-State Lithium Metal Batteries. Advanced Science. 2022. DOI: 10.1002/advs.202104506