超薄且机械性能优异的聚丙烯腈基固态聚合物电解质，可实现长循环寿命的锂金属电池

摘要

基于聚丙烯腈（PAN）的固体聚合物电解质（PAN-SPEs）因其安全性、可加工性和氧化稳定性而成为锂金属电池的有希望的候选材料。然而，超薄PAN-SPEs（<30 μm）仍然存在离子导电率低和机械强度差的问题。本文提出了一种结合偶极-偶极相互作用和无机颗粒掺杂的策略，以构建连续的锂离子（Li⁺）传输通道。PAN中的腈基团通过路易斯酸碱相互作用促进Li⁺的传输，同时抑制阴离子的迁移。此外，通过热压和溶液浇铸工艺制备了具有柔软外层和坚硬内层的结构，实现了27.8 μm的超薄厚度，并具有出色的机械强度。结果表明，所设计的PAN-SPEs具有较高的离子导电率（4.42×10^-4 S cm^-1）和较大的断裂伸长率（168.5%）。利用这些协同优势，对称电池在超过1200小时内表现出优异的枝晶抑制效果，而Li||SPEs||LiFePO₄电池在0.5C电流下的容量保持率为81.0%，在2C电流下的容量保持率为73.3%。这项工作为开发高性能PAN-SPEs用于锂金属电池提供了设计范例。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。

基于聚丙烯腈（PAN）的固体聚合物电解质（PAN-SPEs）因其安全性、可加工性和氧化稳定性而成为锂金属电池的有希望的候选材料。然而，超薄PAN-SPEs（<30 μm）仍然存在离子导电率低和机械强度差的问题。本文提出了一种结合偶极-偶极相互作用和无机颗粒掺杂的策略，以构建连续的锂离子（Li⁺）传输通道。PAN中的腈基团通过路易斯酸碱相互作用促进Li⁺的传输，同时抑制阴离子的迁移。此外，通过热压和溶液浇铸工艺制备了具有柔软外层和坚硬内层的结构，实现了27.8 μm的超薄厚度，并具有出色的机械强度。结果表明，所设计的PAN-SPEs具有较高的离子导电率（4.42×10^-4 S cm^-1）和较大的断裂伸长率（168.5%）。利用这些协同优势，对称电池在超过1200小时内表现出优异的枝晶抑制效果，而Li||SPEs||LiFePO₄电池在0.5C电流下的容量保持率为81.0%，在2C电流下的容量保持率为73.3%。这项工作为开发高性能PAN-SPEs用于锂金属电池提供了设计范例。

图形摘要

此图像的替代文本可能是由AI生成的。