云南大学新型准固态锂金属有机电池研究获最新进展 制备三种COFs材料

近日,云南大学材料与能源学院(云南省先进能源材料国际联合研究中心)郭洪教授团队在国际期刊Carbon Energy(影响因子21.5)发表新型准固态锂金属有机电池最新进展“COF‐based single Li solid electrolyte accelerates the ion diffusion and restrains dendrite growth in quasi‐solid‐state organic batteries” ( https://doi.org/10.1002/cey2.248)。赵根福博士为论文第一作者,段玲艳博士、郭洪教授为通迅作者。

固态电解质来代替液态电解液的固态锂金属电池由于具有较好的安全性和高理论容量而受到广泛关注,所以固态电解质的开发显得尤为重要。以往的研究、生产主要集中在无机类电解质(硫化物电解质、卤化物电解质、氧化物电解质等),然而这些固态电解质存在刚性及对空气敏感等缺点而影响电池的界面稳定性,循环和倍率性能。近年来,有机聚合物电解质具有柔性易成膜等优势而逐渐引起重视,而共价有机框架(COFs)材料是一类比较具有应用前景的单离子固态电解质的载体,因此,要深入研究活性位点数量和骨架结构对锂离子电导率,迁移数及电池性能的影响规律。

基于目前的研究现状以及面临的问题,并结合前期的研究基础(Hong Guo*, et. al, Nano Energy, 2022, 106756; Energy Storage Mater., 2021, 139; Adv. Funct. Mater., 2021, 2101019; ACS Energy Lett., 2020, 1022),郭洪教授团队设计并制备出三种羧酸锂调控的COF单锂离子导体材料LiOOC-COF1,LiOOC-COF2和LiOOC-COF3。团队深入研究不同骨架结构和活性位点数量对锂离子电导率,迁移数的影响,结合理论计算的方式研究了三种材料的静电势分布,并采用DFT计算深入分析锂离子迁移路径和能垒的差异。团队组装了以锂金属为负极,有机小分子环己六酮为正极,构筑的单离子导体为固态电解质的准固态电池,经过性能测试和理论计算结果表明,单离子导体可以有效抑制锂枝晶生长,准固态电池可以解决有机小分子正极材料在电解液中的溶解,这种策略为构筑高效准固态锂金属有机电池提供了重要的理论基础和技术支持。

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图1. 三种LiOOC-COF1,LiOOC-COF2和LiOOC-COF3单离子导体的构筑及应用

该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、云南省科技厅-云南大学联合重点基金、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室项目的支持。

原标题:材料与能源学院郭洪教授团队研发新型准固态锂金属有机电池

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