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東北師范朱廣山團隊AM：13.2微米超薄全固態電解質，6500小時無枝晶穩定循環鋰電池！

第一作者：Yuhan Liu，Pinhui Wang，Zhenyue Yang

通訊作者：朱廣山，盧云峰，Wei?Hu

通訊單位：東北師范大學，北京化工大學

論文速覽：

本文研究了固態鋰電池作為下一代高安全性和高性能電池的有前景的候選者。研究者們開發了一種基于木質素衍生的超薄全固態復合聚合物電解質（CPEs），該電解質僅13.2微米厚，擁有由單離子木質素基鋰（L-Li）和聚偏氟乙烯-六氟丙烯（PVDF-HFP）構成的三維納米纖維離子橋網絡，以及聚氧化乙烯/雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰（PEO/LiTFSI）作為填充物。

通過電紡/噴霧和熱壓工藝制備得到的CPE展現出高離子導電性（1.3×10^-4 S cm^-1）、優異的抗氧化穩定性（4.7 V）以及令人滿意的拉伸強度（高達9.30 MPa）。使用該CPE組裝的Li||Li對稱電池在0.5 mA cm^-2的電流密度下可以穩定循環超過6500小時，且幾乎沒有鋰枝晶生長。

此外，組裝的Li||CPE||LiFePO4電池在0.2 C的電流密度下可以穩定循環超過700次，初始放電容量高達158.5 mAh g^-1，在室溫下表現超常；在-20°C的溫度下，經過250次循環后，仍有123 mAh g^-1的良好容量保持率。

這些優異的電化學性能主要歸功于納米纖維離子橋網絡能夠通過電紡工藝均勻分散單離子L-Li，與PEO中良好分散的LiTFSI協同作用，形成豐富且高效的三維鋰離子傳輸通道。此外，超薄CPE能夠緊密貼合在鋰陽極上，提供更短的離子傳輸距離，誘導在電極界面均勻沉積Li+，抑制鋰枝晶的生長。

本研究為固態LIBs提供了一種實現超薄生物基電解質的有前景的策略，該電解質具有高拉伸強度和電化學性能。

圖文導讀：

圖 1: 展示了L-Li/PVDF和L-Li/ASPE的制備方法、表面和截面的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像。

圖 2: 描述了L-Li/ASPE12膜的力學性能、熱穩定性和熱分解溫度的測試結果。

圖 3: 顯示了L-Li10/PVDF和L-Li/ASPE12的電化學阻抗譜（EIS）、離子導電性和鋰離子傳輸數。

圖 4: 展示了Li||L-Li/ASPE12||LFP電池在不同電流密度下的循環性能和速率能力。

圖 5: 揭示了Li||L-Li/ASPE12電池在長期循環后的鋰金屬表面形貌和電解質界面的X射線光電子能譜（XPS）分析結果。

總結展望：

本研究開發的基于木質素的全固態聚合物電解質展現了卓越的電化學性能，具有13.2微米的超薄厚度，室溫下高達1.3×10^-4 S cm^-1的離子導電率，以及超過6500小時的穩定循環壽命。

此外，該電解質在-20°C的低溫下仍能保持良好的循環性能和容量保持率，為下一代固態鋰電池提供了一種具有成本效益、高安全性和高性能的解決方案。

這些成果不僅為SLIBs的發展提供了新的策略，也為木質素基材料在高性能電池領域的應用開辟了新的可能性。

文獻信息：

標題：Lignin Derived Ultra-Thin All-Solid Polymer Electrolytes with Three Dimensional Single-Ion Nanofiber Ionic Bridge Framework for High Performance Lithium Batteries

期刊：Advanced Materials

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