基于聚合物電解質(zhì)的固態(tài)鋰金屬電池可滿足高能量密度的要求并緩解安全問(wèn)題，但聚合物電解質(zhì)存在鋰離子遷移率低和機(jī)械強(qiáng)度弱的問(wèn)題。因此，尋找功能性填料來(lái)提高現(xiàn)有聚合物電解質(zhì)的性能并探索其在離子傳輸中的作用，是一項(xiàng)非常實(shí)用的策略，具有重要意義。

圖1. 材料表征

云南大學(xué)郭洪、謝繼陽(yáng)等基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和表面功能化，構(gòu)建了一種具有正電荷場(chǎng)的片狀材料，以調(diào)節(jié)電解質(zhì)中的離子傳輸。

研究發(fā)現(xiàn)，層狀結(jié)構(gòu)可降低聚合物的結(jié)晶度，表面氮原子可促使Li+均勻分布；同時(shí)，通過(guò)快速加熱技術(shù)在填料表面產(chǎn)生的氧缺陷可以限制TFSI-的移動(dòng)，并提高Li+在電解質(zhì)中的遷移速率。

因此，值得注意的是，VO,N-CECN/PEO電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率在室溫下達(dá)到1.08×10-5 S cm-1，幾乎是純PEO電解質(zhì)的五倍。

圖2. 對(duì)稱(chēng)電池性能

令人印象深刻的是，組裝的鋰金屬對(duì)稱(chēng)電池可以在0.8 mA cm-2的電流密度下穩(wěn)定地沉積/剝離。此外，基于VO,N-CECN/PEO電解質(zhì)的全固態(tài)NCM811/Li電池顯示出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性，在0.3 C下循環(huán)200次后，最終容量達(dá)到135 mAh g-1，而PEO/LiTFSI電解質(zhì)體系的最終容量?jī)H為42 mAh g-1。這些發(fā)現(xiàn)表明，功能填料可改善聚合物的電化學(xué)特性，并為高性能固態(tài)電解質(zhì)提供可行的設(shè)計(jì)方案。

圖3. 全固態(tài)鋰金屬電池性能

Functional nanosheet fillers with fast Li+ conduction for advanced all-solid-state lithium battery. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102954