芳纶纳米纤维气凝胶框架增强固态锂金属电池离子传输与界面稳定性

来自研究人员的最新研究针对固态聚合物电解质（SPEs）存在的室温离子电导率低、Li?迁移数有限及机械强度不足等问题，设计了一种基于垂直排列芳纶纳米纤维（ANF）气凝胶框架的新型SPE（PMVAL）。该结构通过分层多孔阵列促进定向Li?迁移，实现30°C下0.82×10?4 S cm?1的高离子电导率，并形成功能性有机-无机复合界面，有效抑制枝晶生长。Li|PMVAL|LiFePO4电池在60°C下循环5000次、30°C下循环1000次，库仑效率超99.8%，柔性软包电池在机械损伤下仍保持稳定，为下一代固态储能系统提供新策略。

　　

固态聚合物电解质（Solid Polymer Electrolytes, SPEs）因其低界面阻抗、优异电极兼容性和机械柔韧性，在高能量密度与高安全性锂金属电池领域备受关注。然而，其室温离子电导率低、锂离子迁移数（Li? transference number）有限及机械强度不足等问题仍限制实际应用。本研究设计了一种新型SPE（命名为PMVAL），以具有垂直排列离子传输通道的芳纶纳米纤维（Aramid Nanofiber, ANF）气凝胶框架为支撑。该ANF气凝胶通过非溶剂诱导相分离策略制备，形成分级多层孔阵列结构，促进锂离子在PMVAL内的定向迁移，在30°C下实现高达0.82×10^?4 S cm^?1的离子电导率。这一工程化框架还有助于在PMVAL/锂金属界面形成功能性有机-无机复合固态电解质界面膜（Solid Electrolyte Interphase, SEI），实现均匀锂沉积并有效抑制枝晶生长。因此，Li|PMVAL|LiFePO₄电池表现出卓越的循环稳定性：在1 C倍率（60°C）下循环超过5000次，在0.5 C倍率（30°C）下循环1000次，且库仑效率始终超过99.8%。此外，柔性软包电池在弯曲、穿刺和切割等机械滥用条件下仍保持优异的安全性与稳定性，彰显了该策略在下一代固态储能系统中的巨大潜力。

（作者声明无利益冲突）