DOI: 10.1016/j.cej.2022.135926

全固态聚合物电解质（ASSPEs）在开发具有卓越安全性的可充电锂电池方面具有重要意义。在此，由1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO）和以双（三氟甲磺酰）亚胺（TFSI-）为阴离子的二甘醇双（2-氯乙基）醚合成了一种独特的紫罗烯低聚物（PO3TFSI，其中，“P”表示低聚物，“O3”表示3个氧乙烯单元）。将聚（丙烯腈）（PAN）与PO3TFSI共混并掺杂双（三氟甲烷磺酰）亚胺锂（LiTFSI）进行单轴静电纺丝制备出ASSPE。所制备的静电纺丝（PAN/PO3TFSI/LiTFSI）ASSPE在热处理后呈现出一种有趣的形态，就像在叶片上发现的脉络一样，其中网状脉络负责为整个叶片提供支撑。最终结构由一个PAN框架以及从纤维中流出并围绕纤维的紫罗烯低聚物组成，在此过程中纳米纤维垫的孔隙是封闭的。具有闭孔和仿叶脉形态的ASSPE显示出1.01×10-3S/cm的高室温离子电导率、约4.6V的电化学稳定性窗口以及出色的热稳定性。用（PAN/PO3TFSI/LiTFSI）ASSPE组装的固态Li/LiFePO4（LFP）电池在0.2C以及25℃和60℃下循环100次后仍具有超过98%的良好库仑效率。此外，ASSPE在全固态锂硫电池中显示出巨大的应用潜力。经证实，柔性Li/ASSPE/LFP定制电池即使在极端变形条件（例如折叠、褶皱和卷曲）下也能够工作，这表明纤维基固体电解质具有较高的柔性。

图1.通过静电纺丝技术以及后热处理制备PAN/PO3TFSI/LiTFSI纳米纤维垫以构建具有叶脉形态以及闭孔的锂电池柔性ASSPE的过程示意图。

图2.（a）PO3TFSI第二次加热循环的DSC曲线，（b）PO3TFSI与DABCO的TGA图比较，（c）电纺P-PO3-x SPE（x=10、20、30、40和50wt%LiTFSI）在20℃-80℃下的VTF离子电导率图，（d）Li/PO3TFSI/SS在OCV（开路电压）-7V范围内以1mV/s获取的LSV曲线。

图3.电纺样品的SEM图像：（a）初纺纤维垫P-PO3-50，（b）后热处理的纤维垫ΔP-PO3-50（ASSPE）显示网状脉纹样层状结构的形成。（c）初纺纤维垫和热处理纤维垫或ASSPE的横截面图像，（d）热处理P-PO3-50纤维垫的EDX映射显示存在元素N、O、C、F和S。

图4.（a）电纺P-PO3-x SPE的室温离子电导率（x=10、20、30、40和50wt%LiTFSI），（b）电纺P-PO3-x SPE（x=10、20、30、40和50wt%LiTFSI）在20℃至80℃下的VTF离子电导率曲线，（c）P-PO3-50的锂离子迁移数（tLi+），（d）LiTFSI、PO3TFSI和电纺P-PO3-x纤维在3250-1750cm-1处的FTIR-ATR光谱，显示TFSI-、PAN的C≡N和Li+之间的相互作用，以及（e）所制备PAN/PO3TFSI/LiTFSI基ASSPE中的Li+传输示意图。

图5.（a）Li/P-PO3-50/SS电池的CV曲线显示在-0.5至6.5V范围内的锂电镀和剥离行为，扫描速率为0.5mV/s。（b）Li/P-PO3-50/SS电池在OCV（开路电压）至6V范围内于1mV/s下的LSV，（c）Li/P-PO3-50/Li电池在25℃及不同电流密度（0.1mA/cm2、0.5mAh/cm2和1mAh/cm2）下的恒电流极化结果，脱锂时间为0.5h，插图为放大图，（d）Li/P-PO3-50/Li在不同储存时间下的EIS图谱（插图为低频区放大图）。

图6.（a）配备P-PO3-50 ASSPE的Li/LFP电池在0.2C和25℃下的恒电流充放电曲线和（b）循环性能；（c）配备P-PO3-50 ASSPE的Li/LFP电池在0.2C和60℃下的恒电流充放电曲线和（d）循环性能；（e）配备P-PO3-50 ASSPE的Li/LFP电池在25℃以及按时序变化的电流密度下的倍率性能，（f）配备P-PO3-50 ASSPE的Li/LFP电池在60℃以及按时序变化的电流密度下的倍率性能。

图7.ASSPE P-PO3-50的滥用测试。（a）经弯曲、折叠、揉皱和展开的ASSPE P-PO3-50的数字图像。（b）Li/P-PO3-50/LFP定制柔性电池在不同弯曲和卷曲状态下点亮一个LED。

图8.（a）Li/P-PO3-50/S电池在0.1C和80℃下的放电-充电曲线，（b）该电池在80℃下以0.1mV/s的扫描速率获取的CV曲线。