一、研究背景

采用锂金属负极的锂离子电池一般称为锂金属电池（lmb）。由于lmb具有3860 mA h g−1的超高理论容量和最低的电化学电位（与标准氢电极相比为- 3.04 V），因此在储能领域具有潜在的应用前景。然而，液态lmb存在严重的安全问题，如电解质泄漏、可燃性以及锂枝晶穿透分离器引起的爆炸，这些问题阻碍了这些设备的商业化。与传统的液体电池相比，全固态lmb （aslmb）因其具有较高的安全性和能量密度，能够满足电动汽车和移动设备的高续航要求，受到了研究者的广泛研究。固态电解质是aslmb最关键的核心组件，但其缺点限制了这些电池的大规模应用，如离子电导率低，固体-固体界面接触差和锂枝晶生长因此，大量研究人员进行了广泛的实验和理论研究，包括探索新的固态电解质，阐明离子传输机制，改进电池制造方法。

固态电解质包括固体无机电解质（si）、固体聚合物电解质（spe）和复合固体电解质（cse）。各种固体电解质的优缺点如表1所示。硅质硅主要含有氧化物、硫化物和氟化物，具有较高的离子电导率、锂离子转移数（TLi+）和热稳定性。然而，相对较高的温度和压力使si易碎，电解质和电极之间的高界面阻抗强烈地影响了固体lmb的应用。spe有几个优点，包括高灵活性，良好的接口兼容性和低生产成本。然而，SPEs在室温下的低离子电导率和锂离子转移数极大地限制了它们的实际应用因此，刚柔耦合无机-有机复合固体电解质（CSEs）结合了刚性si的高离子电导率和柔性spe的优异加工性能，被认为是最有前途的固态电解质。最常用的碳纳米管包括氧化物-聚合物碳纳米管、硫化物-聚合物碳纳米管、金属氟化物-聚合物碳纳米管和先进纳米材料(MOF/COF) -聚合物碳纳米管。

cse的主要性能是由其无机和有机组分的组成决定的。通过对聚合物基体和无机填料的结构设计，可以有效地提高固态电解质的性能。此外，具有大比表面积和孔隙率的纳米材料提供了快速的锂离子传输通道。在聚合物基体中加入不同类型的无机纳米填料，可以显著提高聚合物的离子电导率、机械强度和热稳定性。与其他技术（如自组装、水热法、模板法、电化学沉积等）相比，静电纺丝在制备纳米纤维材料时具有操作简单、纤维尺寸和排列可控、可扩展性好等优点。因此，静电纺丝设备可以制备出具有固体、中空、多孔、核壳和互联结构的一维纳米材料（图1）。此外，静电纺丝技术还可以与其他方法（如气固反应、热压、溶液浇注、溶胶-凝胶法）相结合，得到不同成分和结构的复合纳米纤维材料。因此，它在制备高性能无机-有机CSEs方面具有潜在的应用前景。本文介绍了各种静电纺丝技术和固相萃取技术的发展概况。其次，综述了静电纺丝技术在合成氧化物聚合物、硫化物聚合物和金属氟化物聚合物等材料中的应用。最后，对静电纺丝法制备金属锂全固态电池用无机-有机CSEs的前景进行了展望。

二、摘要

全固态锂金属电池（aslmb）因其高能量密度和高安全性而备受关注。然而，固体无机电解质（si）和固体聚合物电解质（spe）在室温下表现出较差的界面相容性和较低的离子电导率，严重阻碍了aslmb的发展。近年来，刚柔耦合无机-有机复合固体电解质（CSEs）结合了刚性si的高离子电导率和柔性spe的优异加工性能，被认为是最有前途的固体电解质。然而，无机-有机CSEs存在离子电导率低、固-固界面接触差、锂枝晶生长等缺点。本文综述了静电纺丝技术在无机-有机复合材料制备中的应用，概述了该技术在合成氧化物-聚合物、硫化物-聚合物、金属-氟化物-聚合物复合材料以及先进纳米材料(MOF/COF) -聚合物复合材料中的应用。最后，对静电纺丝法制备金属锂全固态电池用无机-有机CSEs的前景进行了展望。

三、结论

本文综述了近年来静电纺丝设备技术在提高无机-有机CSEs离子电导率、提高CSEs与电极的界面相容性、提高CSEs电池循环性能等方面的研究进展。电纺纳米纤维是一种简单、可扩展的体系，具有较大的比表面积和多种形态。此外，通过优化静电纺丝工艺，可以得到排列整齐的一维纳米纤维或具有自支撑结构的三维纳米纤维网络。它们使无机-有机cse具有良好的无机-有机界面、连续的锂离子输运通道和优异的机械柔韧性。虽然静电纺丝技术已经成功地应用于制造无机-有机碳纳米管，但将其应用于全固态锂电池的工业生产仍然是一项具有挑战性的任务。

图1.用于制备各种一维纳米纤维结构的静电纺丝装置示意图。

图2.静电纺丝法合成无锂导电填料无机-有机CSEs。(a)采用溶胶-凝胶静电纺丝法制备了负载Li+的多孔SiO2纳米纤维，将PEO聚合物基质渗透到纳米纤维中，得到了SiO2/Li2SO4/PEO CSEs。(b)采用静电纺丝和渗透热压将聚合物集成到多孔陶瓷SiO2纳米纤维薄膜上的正极CSEs结构设计。(c)静电纺丝法制备富氧隙掺杂gd的CeO2 （GDC）陶瓷纳米线。(d)与PEO/LiTFSI/GDC CSEs组装的固态Li‖NMC电池在60℃下的充放电曲线。(e) Li‖NMC在不同电流密度下的电池倍率性能。