相對(duì)傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，采用固體材料作為電解質(zhì)的全固態(tài)電池具有更高的能量密度和安全性。其中，以聚合物固態(tài)電解質(zhì)為基體、無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)為填料所制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，具有良好的電極-電解質(zhì)界面接觸及較高的離子電導(dǎo)率，其是近年來的研究熱點(diǎn)。理解復(fù)合固體電解質(zhì)中電荷遷移及其結(jié)構(gòu)演變是設(shè)計(jì)高性能固體電解質(zhì)的關(guān)鍵之一。

　　中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室副研究員沈彩在前期工作（ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 25441-25447；Small Methods 2018, 2, 1700298；Journal of Microscopy 2020, 1, 49-57；Nano Energy 2021, 83, 105847）的基礎(chǔ)上，采用鋰鑭鋯氧（LLZO）無機(jī)固態(tài)顆粒和聚氧化乙烯（PEO）聚合物基體，制備出不同LLZO含量（0 wt.%、50 wt.%、75 wt.%）的LLZO-PEO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)；采用峰值力導(dǎo)電原子力顯微鏡，研究了溫度和LLZO含量對(duì)該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中離子遷移的影響。

　　研究表明，當(dāng)溫度低于PEO的玻璃化溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)（T_g）時(shí)，PEO基體為鏈狀的結(jié)晶態(tài)，LLZO顆粒的加入使LLZO與PEO的界面處形成了PEO非晶區(qū)，從而降低了PEO的結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。研究人員結(jié)合微區(qū)定量納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高，該電解質(zhì)的楊氏模量降低、粘附力升高。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度T_g時(shí)，無論LLZO含量如何，鋰離子只能沿非晶態(tài)的PEO進(jìn)行遷移；溫度高于T_g時(shí)，當(dāng)加入少量LLZO顆粒時(shí)，鋰離子主要沿非晶區(qū)PEO進(jìn)行遷移，隨著LLZO含量（75 wt.%）的增加，LLZO顆粒在PEO基體中形成連續(xù)的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，鋰離子可在高溫下通過LLZO顆粒進(jìn)行遷移。在制備的電解質(zhì)中，離子遷移電流高于電子電流三個(gè)數(shù)量級(jí)，占主導(dǎo)地位。其中，PEO區(qū)域的電子電流遠(yuǎn)大于LLZO顆粒，說明LLZO顆粒的加入能夠提高復(fù)合電解質(zhì)的電子絕緣性能。由于LLZO具有較高的模量和優(yōu)異的絕緣性能，LLZO顆粒的加入有望抑制金屬鋰負(fù)極中鋰枝晶的生長(zhǎng)。

　　該研究在有機(jī)固體電解質(zhì)玻璃化轉(zhuǎn)變狀態(tài)下直觀地揭示了無機(jī)填料含量和工作溫度對(duì)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)性能的影響，對(duì)鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)和開發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy Storage Materials 2021上。沈彩為論文第一/通訊作者，黃云博為論文的共同第一作者，研究員劉兆平為論文的共同通訊作者。

　　研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、浙江省自然科學(xué)基金-臺(tái)州聯(lián)合基金等的支持。

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