Constructing Gradient Soft‐Rigid Structure for Directed and Fast Li‐Ion Transfer Channels in Composite Solid Electrolytes

材料科学 复合数 电解质 快离子导体 离子 纳米技术 复合材料 电极 物理化学 有机化学 化学
作者
Jingbo Mu,Shimin Liao,Shengsheng Wang,Feng Xu,Bihai Su,Linlin Shi,Xiaojing Wang,Xiaodong Hao,Zengcai Guo,Zhongkai Huang,Tian Tian
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202519281
摘要

Abstract Achieving lithium‐ion flux regulation in composite solid electrolytes (CSEs) remains a critical challenge for developing solid‐state Li‐metal batteries suppressing dendrite growth with high‐voltage compatibility. Here, a new concept of Li⁺ transport gradient soft‐rigid structure CSEs is introduced, which comprises a poly(vinylidene fluoride‐co‐hexafluoropropylene) (PVDF‐HFP) matrix integrated with acetate‐functionalized cellulose nanocrystals (CNC‐PVAc) and ZIF‐8. This structure enables directed and fast Li⁺ conduction through low‐tortuosity channels, significantly inhibiting lithium dendrite nucleation and growth. The electrochemical stability window of PHCF spans up to 4.82 V versus Li⁺/Li. Theoretical simulations reveal a synergistic intrinsic origin of the exceptional performance for this designed Li⁺ transport gradient soft‐rigid structure CSEs. Consequently, the synthesized CSEs demonstrate high ionic conductivity (1.79 × 10 −4 S cm −1 ) and a notably high Li⁺ transference number (t Li⁺ ) of 0.79 at 60 °C. Corresponding all‐solid‐state LiFePO 4 ||Li and NCM811|| Li cells deliver impressive specific capacities of 163.78 (0.1C) and 190.67 mAh g −1 (0.5C) at 60 °C, respectively. This work presents a high‐performance CSEs with intrinsic safety, providing valuable insights for novel design concept of solid‐state batteries (SMBs).
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