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固態電解質作為構建高安全、高能量密度電池體系的重要材料，展現出廣闊的應用前景。其中，復合固態電解質已展現出獨特的優勢，它有望結合無機電解質的高離子電導率與聚合物電解質優異的界面相容性的優點，因而具有突出的發展潛力。近日，中國科學院深圳先進技術研究院等提出了一種新型復合固態電解質結構設計，成功實現了離子傳導與機械柔性的解耦。該電解質復合結構由垂直排列的LixMyPS3（LiMPS，M為Cd或Mn）納米片層與聚氧化乙烯（PEO）層交替堆疊而成。研究團隊從自然界生物礦物的精巧結構中汲取靈感，設計并構筑了一種PA-LiMPS/PEO復合電解質。該設計克服了離子在LiMPS納米片沿著平面傳輸和跨平面傳輸的各向異性，在復合電解質中構建了連續的垂直離子傳輸通道，并以聚合物作為可形變的支撐框架維持該通道的完整性，從而實現離子傳導能力與機械柔性之間的解耦。團隊成功解決了LiMPS納米片內鋰離子傳輸的各向異性問題。形成的二維連續超離子傳導通道，使PA-LiCdPS/PEO的室溫離子電導率比無序排列的RA-LiCdPS/PEO高出三個數量級。此外，PA-LiCdPS/PEO和PA-LiMnPS/PEO電解質都表現出類似聚合物的機械柔韌性，有利于與電極保持緊密接觸。研究發現，PA-LiMPS/PEO電解質展現出顯著優于傳統硫化物電解質的空氣穩定性，其核心優勢源于LiMPS材料的本征穩定晶體結構。該研究成功開發了一種高性能的PA-LiCdPS/PEO復合固態電解質，其突破性在于解決了傳統固態電解質中離子電導率與機械柔性不可兼得的核心矛盾。此外，研究進一步拓展出具有類似結構的PA-LiMnPS/PEO電解質體系，其在保持高離子電導率的同時，更兼具元素可用性優勢、良好的空氣穩定性以及無壓運行潛力，展現出突出的實用化前景。相關研究成果在線發表在《自然-納米技術》（Nature Nanotechnology）上。論文鏈接PA-LiMPS/PEO復合電解質的結構設計以PA-LiCdPS/PEO為電解質的全固態鋰電池的電化學性能