浓度梯度PEO-LLZTO-LATP固态电解质的制备及性能研究

复合固态电解质因其兼具一定的柔性与机械强度，能够发挥无机固态电解质与有机固态电解质各自的优点使得整体性能得到提升，且可以通过调节各组分的比例使其具备不同的性能。然而，仅靠调节各组分的比例得到的浓度单一的复合固态电解质难以同时满足复合电解质对于负极|电解质与正极|电解质界面的不同需求。因此，为克服单一浓度复合固态电解质存在的局限性，本文通过简单的堆叠与热压工艺，合成得到了无机填料具有浓度梯度分布的PEO-LLZTO-LATP复合固态电解质(GCSE-20LLZTO-50-70LATP)，使复合电解质两侧具备不同的电化学性能以分别满足与负极和正极的不同界面需求。梯度结构的设计使复合电解质实现了低无机填料含量的负极侧与Li金属良好的界面接触以及较高的离子电导率(1.01 × 10−4 S∙cm−1)，LLZTO在负极侧的采用确保了与Li负极良好的化学相容性，同时高无机填料含量的正极侧提供了良好的枝晶抑制能力，采用电化学稳定性相对更高的LATP作为正极侧的无机填料进一步有效地提升了复合电解质的电化学窗口(5.0 V vs. Li/Li+)。GCSE-20LLZTO-50-70LATP能够在0.1 mA·cm−2和50℃下稳定锂剥/镀循环超过1900 h。组装的Li|GCSE-20LLZTO-50-70LATP|LFP全电池在0.1 C电流密度下的放电比容量为157.3 mAh∙g−1，进行70次循环后容量保持率为90.1%。

随着手机电池、电动汽车等清洁能源的飞速发展，人们对电动汽车的续航里程与提速性能的要求逐渐提高[1]。然而，目前的锂离子电池存在能量密度受限以及易燃的液态电解质所带来的安全风险等问题[2] [3]。

固态电解质可以避免与锂金属表面的连续副反应， 并且其高机械强度使其具备一定程度上抑制锂枝晶生长和传播的能力。因此，采用固态电解质替代液态电解质构成的全固态锂金属电池更适合满足大众对更高能量密度以及安全性储能能源的实际需求[4] [5]。

固态电解质可分为无机固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质[6]。其中复合固态电解质因其同时具备一定的柔性与机械强度，能够结合无机固态电解质与有机固态电解质各自的优点使其整体性能得到提升， 得益于内部聚合物的存在使其具备良好的可塑性与可加工性[7] [8]。

在众多聚合物电解质中，聚氧化乙烯(PEO)具有良好的成膜性，与Li 较好的相容性以及低成本等优势，使其成为较为理想