近日，北京化工大学王峰教授、牛津副教授团队在国际知名期刊Journal of the American Chemical Society上发表题为“Lithium superionic conductive nanofiber-reinforcing high-performance polymer electrolytes for solid-state batteries”的研究工作。该工作利用羟基磷灰石的强离子交换作用制备了一种具有超长纳米纤维结构的新型锂离子导体材料，并将其直接用作聚合物基固态电解质的活性填料，制备的聚合物基固态电解质同时具有高离子电导率、高机械强度、宽电压窗口、高离子迁移数、高安全性等优点。

复合固态电解质（CSEs）被认为是高能锂金属电池中极具发展潜力的离子导体，但离子电导率低、机械强度低、热稳定性差、电压窗口窄等缺点限制了其实际应用。本工作制备了一种具有超长纳米纤维结构和超高室温离子电导率（12.6 mS cm^-1）的新型锂离子导体材料（Li-HA-F）。将其作为活性填料直接与聚氧化乙烯（PEO）基质复合时，得到的复合固态电解质（Li-HA-F CSE）具有高离子电导率（4.0×10^-4 S cm^-1, 30 ℃），高离子迁移数（0.66）和宽电压窗口（5.2 V）等优点。实验和模拟计算结果表明，Li-HA-F提供了连续的导锂双通道并产生了稳定的富氟化锂界面，从而使CSE具有优异的电化学性能。此外，Li-HA-F本身优异的热稳定性和高机械强度使CSE具有良好的阻燃性、柔韧性和机械强度（9.66 MPa）。以CSE组装的对称电池在2000 h内具有良好的稳定性，临界电流密度高达1.4 mA cm^-2，组装的LiFePO₄/Li-HA-F CSE/Li和LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂/Li-HA-F CSE/Li全电池在宽温度范围内均具有高比容量和优异的循环稳定性。该研究工作为复合固态电解质和锂金属固态电池的发展提供了新思路。该论文被选为当期的封面论文。

该论文第一作者为北京化工大学博士生彭嘉莹，材料学院王峰教授、牛津副教授为本文共同通讯作者。北京化工大学为第一完成单位。本研究工作得到了国家重点研发计划，国家自然科学基金和中央高校基本科研基金的资助。

文章信息：Jiaying Peng, Dawei Lu, Shiqi Wu, Na Yang, Yujie Cui, Zhaokun Ma, Mengyue Liu, Yongzheng Shi, Yilin Sun,* Jin Niu,* Feng Wang*. Lithium superionic conductive nanofiber-reinforcing high-performance polymer electrolytes for solid-state batteries. 2024, DOI: 10.1021/jacs.4c00882.

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00882.