DOI: 10.1007/s12274-022-4183-z

配备固体电解质的固态锂金属电池为解决当前采用液体电解质的商用锂离子电池的安全性和低能量密度问题开辟了一条潜在的途径。作为固态锂金属电池的关键组成部分，固体电解质需要具备高离子电导率和良好的力学性能。本研究设计了一种由聚（偏氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP）-Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZTO）-丁二腈（SN）和双三氟甲基磺酰亚胺锂（LiTFSI）组成的复合固体电解质（CSE）。静电纺丝制备的PVDF-HFP基多孔基体保证了电解质膜良好的力学性能，大比例的SN填充材料使得电解质膜的离子电导率为1.11mS·cm-1，未添加液体电解质。用CSE组装的对称电池可稳定循环600h以上，LiFePO4∣CSE∣Li全电池也可稳定循环200次以上。除锂金属电池外，以CSE为电解质的Li-O2和Li-CO2电池也具有良好的性能，证实了CSE的通用性。CSE不仅保证了较好的力学性能，而且获得了高离子电导率。综上，该设计为聚合物基固体电池的商业化应用提供了新的思路。

图1.（a）制备CSEs以及添加SN以降低PVDF-HFP结晶度从而提高离子电导率的机理示意图。（b-c）CSE膜的SEM图像。

图2.（a）室温下PVDF-HFP/SN/LiTFSI流延薄膜的离子电导率随SN含量的变化而变化。（b）CSE薄膜在室温下的奈奎斯特阻抗谱。（c）CSE薄膜在不同温度下的奈奎斯特阻抗谱。（d）CSE薄膜的Arrhenius图。

图3.（a）在电池上施加10mV的直流（DC）电压后，对称Li|CSE|Li电池的电流-时间曲线，用于确定Li+转移数。插图显示了极化前后电池的奈奎斯特阻抗谱。（b）CSE薄膜的LSV图像。（c）CSE和PVDF-HFP/LLZTO静电纺丝薄膜的应力-应变曲线。（d）CSE薄膜的TGA热谱图。（e）CSE薄膜的FTIR光谱。

图4.（a）对称Li|CSE|Li电池在室温下以0.2mA·cm-2的电流密度循环时的电压分布。（b）室温下LiFePO4|CSE|Li电池在不同C率下的充放电曲线。（c）LiFePO4|CSE|Li电池在室温下的倍率性能。（d）室温下LiFePO4|CSE|Li电池在0.5C下的长期循环性能。（e）室温下柔性LiFePO4|CSE|Li电池在0.5C下的长期循环性能。（f）不同弯曲角度的柔性电池在室温下的循环性能。

图5.（a）Li-O2电池在不同电流密度下的充放电曲线，固定容量为1000mAh·g-1。（b）Li-O2电池在电流密度为400mA·g-1时的电压曲线，固定容量为500mAh·g-1。（c）Li-CO2电池在不同电流密度下的充放电曲线，固定容量为1000mAh·g-1。（d）Li-CO2电池在电流密度为200mA·g-1时的电压曲线，固定容量为500mAh·g-1。