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全固态锂电池因其高的能量密度和高的安全性一直受到研发机构和电池市场的高度关注。全固态锂电池所使用的金属锂负极具有3870 m A h/g的理论比容量，远高于目前广泛使用的商业材料石墨（372 m A h/g）。但是，锂金属负极使用的先决条件是确保电池的安全性。无机固态电解质的应用能有效避免固态电解质界面膜（SEI膜）的形成和锂枝晶刺穿等不利于安全性的因素。无机固态电解质应用于全固态锂电池中仍面临两大难题：1、长的锂离子迁移路径造成电解质内部大的阻抗；2、刚性的电解质与电极材料之间大的界面阻抗。降低电解质的厚度和界面阻抗是开发高性能全固态锂电池的关键。

近日，华南理工大学王海辉教授课题组采用相转化法成功构筑了具有非对称结构的钙钛矿固态电解质。如图1示意图所示，通过纱网作为孔的模板，浆料之上的促凝剂水和浆料中的溶剂N-甲基吡咯烷酮在浓度梯度的推动力下进行上下对流，从而在浆料中形成垂直有序的微孔道结构，经水促凝后浆料硬化得到具有垂直有序孔道的前驱体膜，经过高温烧结得到垂直孔道结构保持的非对称固态电解质。这种陶瓷固态电解质一侧具有200 μm的超薄致密层，另一侧具有垂直有序微孔道结构（孔径～113 μm）。薄的致密层厚度可以降低离子传输引起的内部阻抗。具有垂直有序微孔道结构的一侧可有效增大与正极材料的接触面积，使得电解质与正极的面积比阻抗由853 Ω c m²降低至133 Ω c m²。这种钙钛矿电解质在应用于全固态锂电池中表现出优异的电化学性能。采用这种固态电解质的全固态锂电池在0.05 C的电流密度下进行恒电流充放电测试具有127 mAh/g的高比容量，充放电循环50圈后容量保持率高达98%,电池的倍率性能也得到显著提升。该工艺流程成本低，易于大规模生产，对全固态锂电池的进一步发展起到了重要的推动作用。

图1 相转化法制备具有垂直有序微孔道的前驱体膜的过程机理图

这一成果近期发表在Adv. Energy Mater. 期刊上，文章的第一作者为华南理工大学博士研究生蒋周阳，通讯作者是华南理工大学的王素清研究员和王海辉教授。该研究受到了国家自然科学基金、国家重点研发计划及广东省杰出青年自然科学基金等项目的资助。

该论文作者为：Zhouyang Jiang, Huiqi Xie, Suqing Wang, Xiong Song, Xiang Yao, Haihui Wang 

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Perovskite Membranes with Vertically Aligned Microchannels for All-Solid-State Lithium Batteries

Adv. Energy Mater., 2018, DOI：10.1002/aenm.201801433

导师简介

王海辉教授，1975年生，华南理工大学教授，博士生导师，长江学者特聘教授，杰青，英国皇家化学会Fellow。2003年毕业于中国科学院大连化学物理研究所，获博士学位。先后在德国汉诺威大学做洪堡学者和博士后研究人员。2011年入选广东省珠江学者特聘教授，2012年获得国家杰出青年基金，2015年入选科技部中青年科技创新领军人才，2016年入选英国皇家化学会Fellow，2018年入选“长江学者奖励计划”。在Nat. Commun., Angew. Chem. Int. Ed.，JACS，Adv. Mater., Adv. Energy Mater., ACS Catalysis, Chem. Sci., AIChE J. 等学术期刊上，发表论文200余篇，论文被引用10000余次，H因子54，自2014年起连续入选爱思唯尔中国高被引学者（化学工程领域）

王海辉

http://www.x-mol.com/university/faculty/16827

课题组网站

http://www2.scut.edu.cn/cee/msem/

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