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姜忠義/王景濤AEM：層狀離子液體復(fù)合電解質(zhì)助力-20至60℃寬溫固態(tài)鋰電

圖1. L-ILCE的制備和結(jié)構(gòu)

能夠在寬溫度范圍內(nèi)運行的電解液對可持續(xù)的先進(jìn)能源系統(tǒng)至關(guān)重要。天津大學(xué)姜忠義、鄭州大學(xué)王景濤等通過將離子液體（ILs）限制在二維蛭石框架的有序?qū)娱g納米通道內(nèi)，探索了一種層狀離子液體復(fù)合電解質(zhì)（L-ILCE）。

研究表明，在納米通道內(nèi)，精細(xì)調(diào)整的微觀結(jié)構(gòu)可以誘導(dǎo)ILs的重排和結(jié)晶，這使得L-ILCE兼具液態(tài)電解液和固態(tài)電解質(zhì)的綜合優(yōu)勢。

因此，L-ILCE表現(xiàn)出較高的離子傳導(dǎo)性（-40至100℃時為0.09-1.35×10^-3 S cm^-1），而聚合物和無機(jī)電解質(zhì)在0℃以下通常會失去離子傳導(dǎo)能力。此外，L-ILCE還表現(xiàn)出高轉(zhuǎn)移數(shù)（0.89，與單離子導(dǎo)體相當(dāng)）和寬電化學(xué)窗口（0-5.3V）。

圖2. L-ILCE通道中的鋰離子傳輸機(jī)制

受益于上述優(yōu)勢，由L-ILCE組裝的LiFePO₄||Li和高壓LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂||Li電池在-20至60℃下表現(xiàn)出高度穩(wěn)定的電化學(xué)性能。

此外，軟包電池（0.1Ah）在60和-20℃下經(jīng)過50次循環(huán)后分別表現(xiàn)出93.8和45.0 mAh的高容量，對應(yīng)于97%和98%的容量保持率，并具有良好的柔性和安全性。這項研究為在更寬的工作溫度下合理設(shè)計鋰基電池的先進(jìn)離子導(dǎo)體提供了希望。

圖3. 采用L-ILCE的固態(tài)鋰金屬電池演示

Lamellar Ionic Liquid Composite Electrolyte for Wide-Temperature Solid-State Lithium-Metal Battery. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300156

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