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上交羅加嚴AM：電解質厚度小于5μm的固態電池，能量密度超500 Wh kg-1！

固態電池（SSB）能夠解決有機電解液的安全問題并實現高能鋰負極。為了確保SSB的高能量密度，固態電解質 (SSE) 需滿足既薄又輕同時提供寬的電化學窗口的條件。然而，SSE厚度的減小和精細的結構可能會增加電池的安全風險，不利于SSB的實際應用。

在此，上海交通大學羅加嚴教授等人提出了一種超薄 (4.2 μm) 和輕質 (1.29 g cm^-3 ) 的雙層SSE，其中包含了嵌入聚合物電解質中的3D超薄框架。

超薄復合SSE是剛性陶瓷填料和軟聚合物電解質的組合，耐火且堅硬的陶瓷框架提高了復合SSE的安全能力和機械強度，雙層聚合物結構可以穩定鋰負極和高壓正極，甚至高達4.7 V。此外，3D 陶瓷結構促進了鋰離子傳導并調節鋰沉積。

圖1. 雙層復合SSE的制備和結構表征

因此，具有有限N/P比 (1.1) 的固態NCM811鋰金屬電池在3000小時內表現出穩定和長壽命的性能，具有506 Wh kg^-1和1514 Wh L^-1的高能量密度，驗證了基于復合SSE的實際應用的可能性。

值得注意的是，無負極全電池顯示出顯著延長的循環性能（平均CE高達99.2%），進一步證明了高能量密度SSB的潛力。預計這種超薄復合SSE將提供一個范例并引領大規模儲能系統中高能量密度鋰電池的發展。

圖2. 基于復合SE的高負載SSB的電化學性能

High Energy Density Solid State Lithium Metal Batteries Enabled by Sub-5 μm Solid Polymer Electrolytes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202105329

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