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?AEM：薄，高離子導(dǎo)電，機械堅固的固體電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰電池

薄而堅固的固體電解質(zhì)層對于實現(xiàn)超越最先進的鋰離子電池（LIB）的全固態(tài)電池（ASSB）的理論能量密度至關(guān)重要。

在此，大邱慶北科學技術(shù)學院Yong Min Lee，韓國電子通信研究院Young-Gi Lee等人提出了一種簡單且實用的策略即使用5 μm的多孔聚乙烯隔膜作為基底框架制造薄固體電解質(zhì)膜。具體而言，在涂覆 Li6PS₅Cl (LPSCl) 固體電解質(zhì)復(fù)合材料后，這種基于框架的固體電解質(zhì) (f-SE) 膜的厚度也可以減少至約 45 μm。與厚 LPSCl 顆粒相比，f-SE 膜的離子電導(dǎo)率略低，但 f-SE 膜在 Li||Li 對稱電池中表現(xiàn)出高電導(dǎo)率和低過電勢。

與采用傳統(tǒng) LPSCl 顆粒的電池相比，將其運用于 LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂ 全電池中可提高可逆容量和倍率性能。f-SE 膜電池在 250 個循環(huán)中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，同時保持高容量和庫侖效率。值得注意的是，f-SE 膜顯著增加了 ASSB 的能量密度（314 Wh kg^?1），超過了硫化物電池的報告值。

圖1. 電池性能

總之，該工作基于多孔 PE 框架SE 薄膜的制造和表征。具體而言，它們表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能（拉伸強度：44.1 MPa），并在 140 °C 的熱收縮測試后保持完整結(jié)構(gòu)，同時保持超薄的厚度（45 μm）?；诤穸葍?yōu)勢，f-SE 膜表現(xiàn)出顯著的離子電導(dǎo)（113 mS），幾乎是傳統(tǒng) LPSCl 顆粒（53 mS）的兩倍。

此外，本文采用f-SE膜和NCM711正極的ASSB全電池實現(xiàn)了314 Wh kg^?1和404 Wh L^?1的能量密度，超過了商用液體電解質(zhì)的能量密度。在優(yōu)異電導(dǎo)的影響下，帶有f-SE膜的電池比傳統(tǒng)LPSCl顆粒電池表現(xiàn)出更高的可逆容量和倍率性能。因此，f-SE膜表現(xiàn)出優(yōu)異的機械強度、熱穩(wěn)定性和高電導(dǎo)率，使其成為大規(guī)模生產(chǎn)和商業(yè)化ASSB的有希望的候選者。

圖2. 鋰電池模型

Thin, Highly Ionic Conductive, and Mechanically Robust Frame-Based Solid Electrolyte Membrane for All-Solid-State Li Batteries， Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302596

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