珊瑚礁启发的分级通道电解质：LATP骨架-ZrO2协同激活PVDF-HFP非晶区快离子通道的构建与性能研究

本文创新性地开发了具有珊瑚礁状分级孔结构的PVDF-HFP/LiTFSI/LATP/ZrO2(PHLZ)复合固态电解质。通过LATP骨架构建三维锂离子传输主通道，ZrO2纳米颗粒诱导聚合物非晶区形成次级快离子通道，双填料协同策略使电解质在60℃下离子电导率达1.76×10?3 S cm?1，锂离子迁移数达0.76，并展现出优异的电化学窗口(>4.74 V vs. Li+/Li)和热稳定性，为高安全固态锂电池设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究成功设计并制备了基于PVDF-HFP基体的LATP/ZrO₂双填料复合固态电解质(PHLZ)。其独特的珊瑚礁状分级孔结构有效整合了无机快离子传输与聚合物非晶区离子传导的优势。LATP骨架作为主要传输路径，提供高效的三维锂离子传输通道并促进LiTFSI解离；而ZrO₂则作为多功能诱导剂，通过表面羟基与PVDF-HFP的-CF₂-基团形成氢键，触发聚合物非晶区快离子通道的活化并抑制结晶。

Structural and morphological characterization

图1a展示了PHLZ固态电解质的结构与离子传输机制。具体而言，LATP大颗粒形成连续的纳米级导电网络，构建贯穿电解质的锂离子"快速传输通道"。ZrO₂纳米颗粒通过表面羟基(-OH)与PVDF-HFP的C-F键形成氢键，有效抑制聚合物结晶并扩大非晶区域。这两种组分协同形成了类似珊瑚礁的分级孔道结构，其中LATP提供主干传输路径，ZrO₂优化的非晶区作为次级传导网络。

Conclusion

本研究成功设计并制备了基于PVDF-HFP基体的LATP/ZrO₂双填料复合固态电解质(PHLZ)。其独特的珊瑚礁状分级孔结构有效整合了无机快离子传输与聚合物非晶区离子传导的优势。LATP骨架作为主要传输路径，提供高效的三维锂离子传输通道并促进LiTFSI解离；而ZrO₂则作为多功能诱导剂，通过表面羟基与PVDF-HFP的-CF₂-基团形成氢键，触发聚合物非晶区快离子通道的活化并抑制结晶。优化配比(LATP:ZrO₂=2:1)的PHLZ-2电解质展现出优异的综合性能，为开发高安全、高能量密度的固态电池提供了新策略。