黑磷纳米片协同二氧化硅增强聚丙烯腈基复合固态聚合物电解质的室温离子传导性能

为解决固态聚合物电解质(SPE)离子电导率低的问题，研究人员开发了聚丙烯腈(PAN)-黑磷纳米片(BPN)-二氧化硅(SiO2)三重复合电解质(PAN-BPN-SO-LiClO4)。该材料通过BPN构建锂离子定向通道，SiO2抑制PAN结晶，协同实现4.41×10?4 S cm?1的高离子电导率（较纯PAN提升65倍），4.68 V宽电化学窗口，并在石墨/LiFePO4全电池中展现出152 mAh g?1（40°C）的优异性能，为高电压固态电池提供新策略。

　　

这项突破性研究揭示了黑磷纳米片(BPN)在聚合物电解质中的"离子导航"机制。科研团队巧妙设计了三元复合体系：以聚丙烯腈(PAN)为基质，BPN提供锂离子(Li⁺)高速传输通道，二氧化硅(SiO₂)纳米颗粒则像"分子剪刀"般切断PAN的结晶区域。这种协同作用使复合固态聚合物电解质(CPE)的室温离子电导率飙升至4.41×10^?4 S cm^?1，堪比液态电解质。

更令人振奋的是，该材料能耐受4.68 V高电压，轻松驾驭LiFePO₄等正极材料。在实战测试中，组装的软包电池不仅实现111.29 mAh g^?1的容量，还成功通过"暴力测试"——折叠、穿刺后仍保持稳定。分子模拟显示，BPN的二维层状结构就像"离子高速公路"，而SiO₂则化身"解离助手"，共同促进LiClO₄盐的解离。这项研究为开发"既安全又高效"的下一代固态电池提供了全新材料范式。