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Advanced Materials:基于MOF材料具有纳米润湿界面的高能量密度锂电池固态电解质

能源、信息和材料作为现代人类社会发展的三大支柱,其对人们的重要性不言而喻,尤其是能源中的储能器件对于人们更是不可或缺,但是随着人们生活水平的提高,现在人们使用电子设备的频率以及电子设备本身的耗电量也越来越高,因此高能量密度的电池已经迫在眉睫。如何构造一个具有高能量密度的电池是当今学术以及产业界的一个热门课题。

相对于液态电池受到整体结构、电化学窗口等的影响,固态电池更容易拥有高能量密度,然而传统的有机固体电解质由于电化学窗口有限以及室温电导率低等缺点不能满足实用。同时传统的无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点,目前难以在固态电池领域得到大规模应用,因此开发具有较小界面阻抗的新型固态电解质对固态电池能量密度以及电化学性能的提升均具有十分重要的意义。


Advanced Materials:基于MOF材料具有纳米润湿界面的高能量密度锂电池固态电解质


近期,北京大学深圳研究院潘锋教授课题组在新型固态电解质以及高能量密度固态电池方面的研究取得重要进展。将含锂的离子液体([EMI0.8Li0.2][TFSI])作为客体分子装载进多孔的金属-有机框架材料(MOF)载体中,制备了新型复合固态电解质材料。其中,含锂的离子液体负责锂离子传导,而多孔的金属-有机框架材料则提供了固态载体以及离子传输通道,避免了传统液态锂离子电池漏液的风险,同时对锂枝晶具有一定的抑制作用,使得金属锂可以直接用作固态电池负极。新型的固态电解质材料不仅具有较高的体相离子电导率(0.3 mS∙cm-1),另外由于其独特的微观界面润湿效应使得其界面锂离子传输性能极佳,与电极材料颗粒间具有良好的匹配性。由于以上特点,该新型固态电解质与磷酸铁锂正极和锂金属负极组装的固态电池可以达到极高的电极材料负载量(25 mg∙cm-2),并且在-20—100℃的温度区间内表现出良好的电化学性能。


Advanced Materials:基于MOF材料具有纳米润湿界面的高能量密度锂电池固态电解质

该电解质构筑方法不仅为开发高能量的固态电池提供了新思路,而且通过改变离子液体中金属离子的种类,此方法也可扩展用于其他如K、Na、Mg、Al等固态电池中。

相关文章在线发表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201704436)上。



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