引言：商业锂金属电池因高能量密度、长循环寿命等优势，成为便携式储能、电动汽车等领域的关键，但传统液态电解质存在易燃及锂枝晶生长等安全隐患，固态电解质（SSEs）虽能解决这些问题，其中复合固态电解质（CSEs）结合了陶瓷与聚合物的优点，却面临界面相容性差、陶瓷颗粒团聚导致离子传导不连续等挑战。而建立跨相的连续 Li⁺传输路径对 CSEs 至关重要，简单混合难以形成三维传导网络，且电极 / SSEs 界面接触不足、SSEs 厚度与机械强度的矛盾也限制了全固态锂电池（SSLBs）的发展，因此亟需通过集成工艺构建连续导电路径，以实现超薄、高离子传导及稳定界面的目标。

近日，来自北京科技大学先进材料与技术研究院范丽珍教授团队在《InfoMat》期刊发布了“Addressing the interface issues of all-solid-state lithium batteries by ultra-thin composite solid-state electrolyte combined with the integrated preparation technology”（通过超薄复合固态电解质结合集成制备技术解决全固态锂离子电池的界面问题）的最新研究成果。团队通过将LLZO纳米颗粒引入PAN纳米纤维并结合集成静电纺丝工艺，成功构建了超薄复合固态电解质膜，实现了正极/电解质间的紧密接触与连续离子传导。

团队通过将石榴石型 LLZO 纳米颗粒均匀分散于聚丙烯腈（PAN）的 DMF 溶液中，采用集成静电纺丝工艺，在铝箔负载的正极表面原位纺制出 PAN 纳米纤维网络，其中 LLZO 纳米颗粒被限域在纤维内以避免团聚，进而形成三维互联的陶瓷 - 聚合物导电骨架；随后通过溶液浇注法将 PEO/LiTFSI 溶液渗透填充至纤维孔隙中，最终构建出厚度仅 16 μm 的 3D LLZO-PAN 超薄复合固态电解质膜。

集成的 3D LLZO-PAN 电解质具有以下优势：
（1）集成固态电解质 / 正极结构可增强正极界面和 SSE 界面的附着力，显著降低界面转移电阻——全电池界面电阻从传统结构的 154.2 Ω 降至 15.6 Ω，解决了固态电池中界面阻抗高的核心问题。

（2）聚合物 - 陶瓷纳米纤维可有效避免 LLZO 颗粒团聚，并形成三维互联网络，其中陶瓷相当作活性填料，改善聚合物膜的机械性能并调节离子迁移，而聚合物相增强界面的软接触。

由于优化了锂离子迁移路径，3D LLZO-PAN 电解质在室温下的 Li⁺电导率为 2.9×10⁻⁴ S cm⁻¹，活化能为 0.22 eV。与锂金属组装后，3D LLZO-PAN 电解质中的 PAN（含 C≡N 刚性键）、LiTFSI 和 PEO 转化为 Li₃N、LiF 和 Li₂O。由于稳定的 SEI 化合物，它与锂金属表现出良好的相容性，促进了均匀的锂沉积和剥离，导致 Li||Li 电池在 0.2 mA cm⁻¹ 的速率下能够持续循环 1500 小时。

由于聚合物的固有附着力和连续的离子传导，与 NCM811 正极耦合的全电池界面电阻从 154.2 Ω 降至 15.6 Ω。此外，使用集成的超薄 3D LLZO-PAN 膜，组装的 SSLBs 也表现出 345.8 Wh kg⁻¹ 的高能量密度。

集成电纺工艺和填充的聚合物使从正极 / 电解质到电解质 / 锂金属的连续离子传导成为可能。电纺和溶液浇注技术赋予的纳米纤维增强骨架和聚合物附着力，实现了与正极的连续离子传导和紧密接触。该研究为电解质膜和高能量密度 SSLBs 的加工提供了一种新策略。该方法或可扩展到设计用于其他有机-无机复合 SSE 系统的固态电池中。

文献来源：https://doi.org/10.1002/inf2.70012