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近日，鄭州大學(xué)化工學(xué)院王景濤教授課題組在新型固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)筑及應(yīng)用領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果以題為“Preparing two-dimensional ordered Li_0.33La_0.557TiO₃crystal in interlayer channel of thin laminar inorganic solid-state electrolyte towards ultrafast Li⁺transfer”的論文發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Angewandte Chemie International Edition》上。碩士研究生呂睿鑫為論文第一作者，武文佳博士和王景濤教授為共同通訊作者，鄭州大學(xué)為唯一通訊單位。

全固態(tài)鋰電池是鋰電池發(fā)展的重要方向，而研發(fā)高性能固態(tài)電解質(zhì)是應(yīng)用推廣的關(guān)鍵和難點(diǎn)。目前廣泛研究的無(wú)機(jī)快離子導(dǎo)體（如LLTO），具有高體相離子傳導(dǎo)率、寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口等優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)方法制備的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)由于晶體的無(wú)序生長(zhǎng)和排布，晶體間通常存在大的結(jié)構(gòu)缺陷，嚴(yán)重制約其離子傳導(dǎo)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮（不足體相傳導(dǎo)率的10%）。此外，傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)需較大厚度(>200微米)以滿足機(jī)械強(qiáng)度需要，這制約了全固態(tài)鋰電池的能量密度。

作者設(shè)計(jì)具有規(guī)整層間通道的二維層狀薄膜，通過(guò)限域效應(yīng)控制LLTO晶體在層間的生長(zhǎng)方向和排布，制備出15微米厚且無(wú)缺陷的層狀無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。較開(kāi)放空間生長(zhǎng)的LLTO晶體，層間通道的限域效應(yīng)使得LLTO晶體展現(xiàn)出了二維、大尺寸、有序排布、無(wú)晶界缺陷的特征。通過(guò)控制晶體取向使得LLTO晶體實(shí)現(xiàn)超低阻力傳遞，賦予電解質(zhì)超高離子傳導(dǎo)特性。同時(shí)，LLTO晶體與層狀膜框架間的共價(jià)作用使得該薄型電解質(zhì)具有優(yōu)良的機(jī)械性能。最終，該無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)鋰電池中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。該工作為開(kāi)發(fā)新一代薄型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)及實(shí)現(xiàn)其在全固態(tài)鋰電池中的應(yīng)用提供了新思路，也為無(wú)機(jī)快離子導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與性能高效調(diào)控提供了新途徑。

該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金和鄭州大學(xué)杰出青年團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。

全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202114220