陈忠伟院士AM：柔性准固态电解质助力锂金属电池3000次稳定循环！

为柔性锂金属电池构建稳健的（准）固态电解质是可取的，但却极具挑战性。

加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士等报告了一种用于超长寿命锂金属电池（LMB）的具有“树干”设计的新型柔性且坚固的准固态电解质（QSSE）。

图1 动机和设计

受树干多层结构的启发，这项工作首次为LMBs构建了一种柔性而坚固的具有分层离子通道的有机QSSE（Li-MOF/Cellulose，Li-MC，其中MOF成分表示为HKUST-1，Cu₃BTC₂，Cu₃(C₉H₃O₆)₂）。原位生长的MOF层覆盖在纤维素基框架上，形成分层的离子通道，实现了快速的离子传输动力学和良好的耐久性。

因此，Li-MC离子导体的特点是离子电导率为1.36 × 10^-3 S cm^-1，转移数为0.72，电化学稳定性窗口为5.26 V。同时，同步辐射X射线断层扫描技术的直接观察证实，电极/电解质界面区域实现了无枝晶的锂金属沉积。

图2 Li-MC和Li-Cel的电化学性能

由于这些优势，所获得的LMBs表现出显著的电化学性能，即当与LFP正极配对时，在电流密度为0.78 mAh cm-2（1C）下实现了接近100%的高库仑效率（CE）和3000次充电/放电循环（6000小时）的超长期稳定性。

至于高负载NCM811正极（14.8 mg cm^-2），在2.47 mAh cm^-2的高面容量下经过300次循环后也获得了80%的容量保持。总之，这项工作为实现高能量密度和长期稳定性的LMB的实际应用提供了一条新的途径，并为其他相关领域的离子导体的发展提供了启示。

图3 全电池性能

“Tree Trunk” Design for Flexible Quasi Solid-State Electrolyte with Hierarchical Ion-Channels Enabling Ultralong-Life Lithium Metal Batteries. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202203417

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