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上交羅加嚴(yán)AM：電解質(zhì)厚度小于5μm的固態(tài)電池，能量密度超500 Wh kg-1！

固態(tài)電池（SSB）能夠解決有機(jī)電解液的安全問題并實(shí)現(xiàn)高能鋰負(fù)極。為了確保SSB的高能量密度，固態(tài)電解質(zhì) (SSE) 需滿足既薄又輕同時(shí)提供寬的電化學(xué)窗口的條件。然而，SSE厚度的減小和精細(xì)的結(jié)構(gòu)可能會(huì)增加電池的安全風(fēng)險(xiǎn)，不利于SSB的實(shí)際應(yīng)用。

在此，上海交通大學(xué)羅加嚴(yán)教授等人提出了一種超薄 (4.2 μm) 和輕質(zhì) (1.29 g cm^-3 ) 的雙層SSE，其中包含了嵌入聚合物電解質(zhì)中的3D超薄框架。

超薄復(fù)合SSE是剛性陶瓷填料和軟聚合物電解質(zhì)的組合，耐火且堅(jiān)硬的陶瓷框架提高了復(fù)合SSE的安全能力和機(jī)械強(qiáng)度，雙層聚合物結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定鋰負(fù)極和高壓正極，甚至高達(dá)4.7 V。此外，3D 陶瓷結(jié)構(gòu)促進(jìn)了鋰離子傳導(dǎo)并調(diào)節(jié)鋰沉積。

圖1. 雙層復(fù)合SSE的制備和結(jié)構(gòu)表征

因此，具有有限N/P比 (1.1) 的固態(tài)NCM811鋰金屬電池在3000小時(shí)內(nèi)表現(xiàn)出穩(wěn)定和長壽命的性能，具有506 Wh kg^-1和1514 Wh L^-1的高能量密度，驗(yàn)證了基于復(fù)合SSE的實(shí)際應(yīng)用的可能性。

值得注意的是，無負(fù)極全電池顯示出顯著延長的循環(huán)性能（平均CE高達(dá)99.2%），進(jìn)一步證明了高能量密度SSB的潛力。預(yù)計(jì)這種超薄復(fù)合SSE將提供一個(gè)范例并引領(lǐng)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)中高能量密度鋰電池的發(fā)展。

圖2. 基于復(fù)合SE的高負(fù)載SSB的電化學(xué)性能

High Energy Density Solid State Lithium Metal Batteries Enabled by Sub-5 μm Solid Polymer Electrolytes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105329

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