新型固態(tài)鋰金屬有機電池研發(fā)取得新進展

科技日報昆明7月17日電 由于具有較好的安全性和高理論容量，以固態(tài)電解質(zhì)來代替液態(tài)電解液的固態(tài)鋰金屬電池研發(fā)備受關(guān)注，因而固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)也顯得尤為重要。記者17日從云南大學(xué)材料與能源學(xué)院獲悉，該院郭洪教授團隊近期在新型固態(tài)鋰金屬有機電池研發(fā)上取得了最新進展，國際期刊《碳能源》發(fā)表了相關(guān)研究成果。

以往的研究、生產(chǎn)主要集中在硫化物、鹵化物、氧化物等無機類電解質(zhì)，然而這些固態(tài)電解質(zhì)存在剛性及對空氣敏感等缺點，影響電池的界面穩(wěn)定性和循環(huán)與倍率性能。

近年來，有機聚合物電解質(zhì)具有柔性易成膜等優(yōu)勢而逐漸引起重視，而共價有機框架材料是一類比較具有應(yīng)用前景的單離子固態(tài)電解質(zhì)的載體，但需要研究者深入研究活性位點數(shù)量和骨架結(jié)構(gòu)對鋰離子電導(dǎo)率、遷移數(shù)及電池性能的影響規(guī)律。

基于目前的研究現(xiàn)狀以及面臨的問題，并結(jié)合此前的研究基礎(chǔ)，郭洪教授團隊設(shè)計并制備出三種羧酸鋰調(diào)控的共價有機框架單鋰離子導(dǎo)體材料。他們從不同骨架結(jié)構(gòu)和活性位點數(shù)量對鋰離子電導(dǎo)率、遷移數(shù)的影響，結(jié)合理論計算的方式，深入研究了三種材料的靜電勢分布，并采用密度泛函理論計算分析鋰離子遷移路徑和能壘的差異。

隨后，研究團隊組裝了以鋰金屬為負極，有機小分子環(huán)己六酮為正極，所構(gòu)筑的單離子導(dǎo)體為固態(tài)電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)電池。經(jīng)過性能測試和理論計算結(jié)果表明，單離子導(dǎo)體可以有效抑制鋰枝晶生長，準(zhǔn)固態(tài)電池可以解決有機小分子正極材料在電解液中的溶解，這種策略為構(gòu)筑高效準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬有機電池提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

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