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 參考來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所

鋰離子電池在生活中的廣泛應用大大提高了人們的生活品質。但是由于采用了易燃的有機液體電解質，傳統鋰離子電池存在安全風險，能量密度也受到了限制。使用固體電解質替代有機液體電解質發展全固態電池有望解決這些問題，其中氧化物固體電解質是一個重要的研究方向。

氧化物固體電解質，包括鈣鈦礦型固體電解質、鈉超離子（NASICON）型固體電解質和石榴石型固體電解質(Li7La3Zr2O12，LLZO)。其中，石榴石型固體電解質鋰鑭鋯氧（LLZO）表現出優異的電化學性能和化學性能，在新能源設備開發應用中具有較大的發展前景，成為了近幾年的研究熱點。

近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所在LLZO復合固體電解質離子遷移機制研究中取得進展。該所動力鋰電池工程實驗室副研究員沈彩采用鋰鑭鋯氧（LLZO）無機固態顆粒和聚氧化乙烯（PEO）聚合物基體，制備出不同LLZO含量（0 wt.%、50 wt.%、75 wt.%）的LLZO-PEO復合固態電解質；采用峰值力導電原子力顯微鏡，研究了溫度和LLZO含量對該復合固態電解質中離子遷移的影響。

研究表明，當溫度低于PEO的玻璃化溫度轉變點（Tg）時，PEO基體為鏈狀的結晶態，LLZO顆粒的加入使LLZO與PEO的界面處形成了PEO非晶區，從而降低了PEO的結晶度和玻璃化轉變溫度。研究人員結合微區定量納米力學測量技術，發現隨溫度的升高，該電解質的楊氏模量降低、粘附力升高。當溫度低于玻璃化轉變溫度Tg時，無論LLZO含量如何，鋰離子只能沿非晶態的PEO進行遷移；溫度高于Tg時，當加入少量LLZO顆粒時，鋰離子主要沿非晶區PEO進行遷移，隨著LLZO含量（75 wt.%）的增加，LLZO顆粒在PEO基體中形成連續的離子導電網絡，鋰離子可在高溫下通過LLZO顆粒進行遷移。在制備的電解質中，離子遷移電流高于電子電流三個數量級，占主導地位。其中，PEO區域的電子電流遠大于LLZO顆粒，說明LLZO顆粒的加入能夠提高復合電解質的電子絕緣性能。由于LLZO具有較高的模量和優異的絕緣性能，LLZO顆粒的加入有望抑制金屬鋰負極中鋰枝晶的生長。

該研究在有機固體電解質玻璃化轉變狀態下直觀地揭示了無機填料含量和工作溫度對復合固態電解質性能的影響，對鋰離子電池固態電解質的設計和開發具有重要的指導意義。