柔性三明治结构复合电解质膜实现固态锂金属电池长循环稳定

刘业成; 刘磊; 方姗

doi:10.13764/j.cnki.ncdg.20251208.001

南昌大学学报（工科版） ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (4) : 325 -337. DOI: 10.13764/j.cnki.ncdg.20251208.001

柔性三明治结构复合电解质膜实现固态锂金属电池长循环稳定

刘业成, 刘磊, 方姗

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摘要

针对固态锂金属电池中使用的复合聚合物电解质界面电阻逐渐上升以及锂枝晶的不可控生长问题，本研究将Li_1.5Al_0.5Ge_1.5（PO₄）₃（LAGP）作为陶瓷填料加入到聚偏（二氟乙烯-三氟乙烯）[polyvinylidene fluoridetrifluoroethylene, P（VDF-TrFE）]聚合物基体中，设计了一种兼具良好柔性和机械强度的P（VDF-TrFE）/LAGP三明治结构复合固态电解质膜（PTG4），其顶层、中间层、底层中LAGP的质量分数分别为4%、70%、4%。该膜富含聚合物的柔性外层提供了良好的电极接触性能，而刚性中间层中高含量的LAGP有效地阻碍了锂枝晶的渗透，增强了Li⁺的导电性。所制备的PTG4在30℃下具有1.70×10^-4 S·cm^-1的高离子电导率，电化学窗口高达5 V，并具有优异的机械性能（抗拉强度为7.15 MPa）。对称电池Li|PTG4|Li在30℃下稳定循环超过1 600 h。此外，在1 C的高倍率下，Li|PTG4|LiFePO₄电池在100次循环后容量保持率高达96.3%。