中國粉體網(wǎng)訊 日前，吉林大學化學學院、無機合成與制備化學國家重點實驗室、未來科學國際合作聯(lián)合實驗室徐吉靜教授團隊在固態(tài)鋰電池領域取得重要進展，該研究成果以“An integratedsolid-state lithium-oxygen battery with highly stable anioni ccovalent organic frameworks electrolyte”為題發(fā)表于《Chem》上（Chem, 2022, DOI:10.1016/j.chempr. 2022.09.027）。吉林大學鼎新學者王曉雪博士為論文第一作者，徐吉靜教授為論文通訊作者。
固態(tài)鋰電池由于采用固態(tài)電解質替代了傳統(tǒng)有機電解液，有望從根本上解決電池安全性問題的同時，進一步提升電池的能量密度和循環(huán)壽命，符合未來高安全性、高能量密度鋰電池發(fā)展的方向。特別是固態(tài)鋰氧氣電池在現(xiàn)有的電池體系中具有最高的理論能量密度，有望在下一代儲能設備中發(fā)揮重要作用。目前用于固態(tài)鋰氧氣電池的固態(tài)電解質主要分為固態(tài)聚合物電解質和固態(tài)無機電解質兩類。聚合物電解質雖然具有較好的柔性，容易構建固-固界面，但其室溫離子電導率低，導致電池的倍率性能和功率密度都較低。而無機固態(tài)電解質（石榴石、鈣鈦礦、鈉離子快導體、硫化物、分子篩等）具有高離子導電性，但其較高的剛性導致固-固界面構建困難。因此，迫切需要為固態(tài)鋰氧氣電池尋求一種同時具有高離子電導率、高界面相容性和高化學穩(wěn)定性的新型固態(tài)電解質。
圖：a)CD-COF-Li、LAGP和PEO的電子電導率和離子電導率值；b-c)有限元模擬；d)掃描電鏡圖片；e)固態(tài)正極的設計原理圖；f)放電容量測試；g)循環(huán)壽命測試。
該課題組通過快速、環(huán)境友好的微波輔助法成功制備了具有高離子電導率、低反應活化能和高化學/電化學穩(wěn)定性的CD-COF-Li固態(tài)電解質，并揭示了鋰離子在材料孔道內的傳輸機制。該COF固態(tài)電解質由于具有豐富的離子傳輸通道、獨特的骨架柔性和較短的界面?zhèn)鬏斪杩梗宫F(xiàn)出高達2.7×10-3Scm-1的離子傳導率和優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性。并且，利用COF的骨架柔性，成功構建了同時具有電子、離子和氧氣分子連續(xù)傳輸通道的一體化正極材料。得益于電解質-電極低阻抗傳輸界面，使用COF電解質組裝的全固態(tài)鋰氧氣電池展現(xiàn)出9340mAhg-1的高比容量和100次的長循環(huán)壽命，遠優(yōu)于基于典型聚合物電解質PEO和無機固態(tài)電解質LAGP的固態(tài)鋰氧氣電池（38次和50次）。同時，COF電解質組裝的全固態(tài)鋰金屬電池也展現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能。其在2C的電流密度下，放電比容量依然可以達到125.1mAhg-1。以上研究結果展示了COFs作為新型鋰離子導體在下一代固態(tài)儲能器件中巨大的應用潛力，為未來固態(tài)電解質材料設計和固態(tài)電池技術發(fā)展提供了新思路。
這一研究工作得到了中共中央組織部、國家自然科學基金委員會、吉林省科技廳、長春市科技局、南通市政府和吉林大學相關項目的支持。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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