崔屹教授、陶新永教授：Li7La3Zr2O12 /碳泡沫和聚合物的复合材料固体锂硫电池在37℃下运行

近日，斯坦福大学的崔屹教授和浙江工业大学的陶新永教授等人通过一步Pechini溶胶-凝胶法将Al3+/Nb5+共掺杂立方Li7La3Zr2O12（LLZO）纳米颗粒和LLZO纳米颗粒修饰的多孔碳泡沫（LLZO@C）进行了合成。与无填料样品相比，LLZO纳米颗粒填充的聚（环氧乙烷）电解质展现出良好的电导率。基于LLZO@C的硫复合正极可以在人体温度37℃具有>900 mAh g–1的容量，在50和70℃下分别具有1210和1556mAh g-1的高容量。

基于LLZO纳米结构的全固态Li-S电池的示意图

使用LLZO@C基体和PEO粘合剂构建S正极旨在降低S与离子/电子传导基体之间的界面电阻

通过一步Pechini溶胶-凝胶法合成的LLZO@C的形貌和显微组织

（a-c）LLZO @ C样品的SEM图像；（d-h）LLZO@C样品的TEM图像；（f，h）分别是e中对应于区域A和B的HRTEM图像；（g）碳泡沫的HRTEM图像；（i）h中对应于HRTEM图像的FFT图案

LLZO@C样品的TEM图像和元素映射

（a）LLZO@C的低倍率TEM图像；（b）a中由红色箭头表示的相应颗粒的高倍率TEM图像；（c-h）C，O，La，Zr，Al和Nb的元素图

LLZO与Li金属负极稳定性的原位TEM研究

（a）在与Li金属负极（右）接触之前，LLZO涂覆的Cu电极（左）的TEM图像；（b）与Li负极接触的LLZO的TEM图像；（c-f）Li运输时间分别为为5,15,30和60分钟的形态演化的STEM图像；（g）从Li金属负极脱离的LLZO涂覆的Cu电极的TEM图像；（h）分离后LLZO纳米粒子的TEM图像；（i）在h中LLZO纳米颗粒表面的相应HRTEM图像

LLZO-PEO-LiClO4电解质和固态Li-S电池的电化学性能

（a）具有不同LLZO浓度的纳米复合材料LLZO-PEO-LiClO4的导电性；（b）在37℃下具有0.05mA cm-2的固化密度的S@LLZO@C正极的第1，第20和第80个循环的典型充电/放电曲线；（c）在50℃下具有0.1mA cm-2的S@LLZO@C和S@C正极的典型充电/放电曲线；（d）在37℃下电流密度为0.05mA cm-2的S@LLZO@C阴极的循环性能和库仑效率

通过简便的一步Pechini溶胶-凝胶法，已经成功地制备了Al3+/Nb5+ 掺杂的立方LLZO和LLZO@C纳米结构，经过优化后，在20和40℃下，具有15wt％LLZO的PEO-LiClO 4聚合物电解质分别显示9.5×10-6和1.1×10-4 S cm-1的高电导率。使用LLZO @ C纳米结构作为基体加载S，固态Li-S电池在人体温度37℃下展示出超过900mAh g-1的比容量。这些固态电极和电解质的合理设计策略将为下一代储能开辟新途径。

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来源：材料人