背景介绍
无机-聚合物复合电解质的技术突破是决定现阶段固态锂电池能否走向商业化应用的关键因素之一。然而较高的界面阻抗限制了复合电解质电化学性能发挥。优化无机-聚合物复合电解质内各组分之间多相界面设计对调控锂离子传导和构建稳定固态锂电池至关重要。
成果简介
苏州大学能源学院的金超教授/杨瑞枝教授团队报道了一种全新的界面修饰方法，利用简单的溶液浸渍技术在PVDF-LLZTO复合电解质内引入12C4-TFSI超分子纳米修饰层，通过12C4-TFSI的“多亲性”，有效地将复合电解质中PVDF骨架、LLZTO填料和LiTFSI锂盐联系起来，形成有序整体，实现复合电解质中各组分之间界面优化，丰富锂离子传导。研究表明优化后的复合电解质室温锂离子电导率提升到4.29×10-4 S·cm-1，对锂金属负极的极限电流密度拓展到1.2 mA cm-2；组装的LiǁLiFePO4固态锂电池在高倍率（1.0 C）下经750多圈循环容量保持率>87.5%，表现出超稳定的循环性能。这一研究充分展示了优化PVDF-LLZTO复合电解质内各组分之间界面兼容性对提升固态电池性能的关键作用，也为复合电解质的性能优化提供一种可行性设计策略。
图文导读
Scheme 1 Illustration of potential mechanisms and reactions in the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI CPE to accelerate Li+ transport.
Figure 1 Physical characterizations of the pristine LLZTO and the as-prepared LLZTO@12C4-TFSI powders: (a) XRD patterns, (b) F 1s high-resolution XPS spectrum, (c) FTIR, (d) TG curves, (e, f) TEM image and related element mapping images of EDS of the LLZTO@12C4-TFSI, respectively.
Figure 2 (a, b) Contact angles between 10 wt% PVDF in DMF solutionand fresh LLZTO or LLZTO@12C4-TFSI, respectively. (c, d) surface SEM images and (e, f) surface AFM images of both the PVDF-LLZTO CPE and the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI CPE.
Figure 3 (a) Arrhenius plots for differentCPEs; (b, c) DC polarization curves and corresponding EIS before and after DC polarization of the PVDF-LLZTO CPE and the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI CPE, respectively; (d) LSV plots of different CPEs measured by LiǁCPEsǁSS half cells at 30 oC; polarization curves of the LiǁCPEsǁLi symmetric cells at different conditions: (e) rate performance, (f) long-term stability, respectively; (g) Radar chart of four key parameters.
Figure 4 EIS of both LiǁCPEsǁLi symmetric cells measured at different stages: (a) PVDF-LLZTO CPE, (b) PVDF-LLZTO@12C4-TFSI-5 CPE; Surface SEM images of Li anode after cycling: (c) close to the PVDF-LLZTO CPE, (d) near the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI-5 CPE; Surface SEM images of CPE near Li anode after cycling: (e) the PVDF-LLZTO CPE, (f) the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI-5 CPE.
Figure 5 Materials characterizations. (a) EPR spectra of both bare LLZTO and LLZTO@12C4-TFSI powders; (b) DSC curves of both the PVDF-LLZTO CPE and the PVDF-LLZTO@12C4-TFSI-5 CPE; (c) 6Li NMR spectra of pristine LLZTO and LLZTO@12C4-TFSI powders.
Figure 6 (a) Initial charge-discharge plots of CR2032-coin type LiǁCPEsǁLiFePO4 SSLBs; (b) rate capabilities; long-term charge-discharge cycling stabilities at different current densities and 30 oC: (c) 0.2 C and (d) 1.0 C, respectively.
Figure 7 (a) Illustration of LiǁPVDF-LLZTO@12C4-TFSI CPEǁLiFePO4 pouch cell; (b) open circuit voltage; (c) initial charge-discharge plots; (d) charge-discharge cycling stability; (e) Photographs of the pouch cell lighting LED lamps at different conditions.
作者简介
刘常飞，论文第一作者，硕士研究生。2022年6月本科毕业于青岛科技大学材料学院，2022年9月于苏州大学能源学院攻读硕士研究生（导师金超教授），研究方向为LLZO基复合电解质设计及实用化。
金超，教授，博士生导师。主要研究方向为固态电解质和固态锂电池、固体氧化物电池（SOC）。以第一作者或通讯作者在Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Energy Storage Mater.、Chem. Eng. J.等期刊发表SCI论文90余篇，被引用7000余次，H因子47。授权中国专利11项，美国专利1项。主持国家科技部重点研发计划课题子课题、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、企业产学研横向等科研项目。荣获2010年度广东省优秀博士学位论文，连续多年入选斯坦福大学发布的全球前2%科学家榜单 (World’s Top 2% Scientists)。
杨瑞枝，教授，博士生导师，课题组长，能源学院副院长。先后在中国科学院物理研究所，加拿大达尔豪斯大学和美国斯坦福大学学习与工作。目前带领的科研团队主要聚焦于固态电解质和固态锂电池、钠离子电池、质子交换膜燃料电池等方面研究。在Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, ACS Catal., Energy Storage Mater., Appl. Catal. B等SCI期刊发表论文200余篇，被引用11000余次，H因子58。申请/授权中国专利20余项。主持国家科技部重点研发计划课题、国家自然科学基金、江苏省高校自然科学研究重大项目、江苏省自然科学基金、江苏省重大研发计划课题等科研项目。现任中国硅酸盐学会固态离子学理事会理事、国际电化学能源科学院(IAOEES）的Board committee member。荣获2013年度“中国电化学青年奖”，连续多年入选斯坦福大学发布的全球前2%科学家榜单 (World’s Top 2% Scientists)。
文章信息
Liu C, Wang S, Lu Z, et al. A multi-affinity supramolecular nanolayer reinforced PVDF-LLZTO composite polymer electrolyte for stable solid-state lithium batteries. Nano Research, 2024, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907087.
识别二维码或点击左下角“阅读原文”可访问全文
关注B站、视频号、官网，获取更多精彩！
B站
视频号
官网
