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清華大學(xué)/華南理工AM：橋接快速鋰離子傳輸通道構(gòu)建5.1μm剛性準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)

全固態(tài)鋰離子電池由于采用了固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機(jī)液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池的安全性的同時，還能進(jìn)一步提升鋰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離子電池發(fā)展的方向。

然而，要實現(xiàn)高能量密度的準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬電池（LMB），需要一種具有枝晶突變抑制特性的超薄準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)（QSE）。

在此，清華大學(xué)王海輝、華南理工大學(xué)王素清等人在正極上設(shè)計了一個 5.1 μm 的剛性 QSE 層。

其中，作者將帶有負(fù)電荷基團(tuán)的凱夫拉（聚對苯二甲酸對苯二甲酯）納米纖維（KANFs）作為剛性骨架橋接金屬有機(jī)框架（MOF）顆粒，并選擇不易燃的深共晶溶劑（DES）封裝到 MOF 通道中，再結(jié)合原位聚合反應(yīng)完成具有高剛性和穩(wěn)定性的高安全電解質(zhì)系統(tǒng)。

結(jié)果顯示，所構(gòu)建的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)具有高剛性（5.4 GPa）、高離子電導(dǎo)率（室溫下為 0.73 mS cm^-1）、良好的離子調(diào)控性能和更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有助于實現(xiàn)均勻的鋰離子通量、優(yōu)異的枝晶抑制能力和延長 LMB 的循環(huán)性能。

圖1. 作用機(jī)制

總之，該工作提出了一種基于UiO-66@KANF復(fù)合材料的5.1微米厚的剛性準(zhǔn)固體電解質(zhì)。

具體而言，作者通過UiO-66@KANF的項鏈狀離子通道結(jié)構(gòu)，結(jié)合不易燃深共晶溶劑作為離子傳輸載體，實現(xiàn)了高鋰離子導(dǎo)電性(0.73 mS/cm)、低鋰離子擴(kuò)散活化能(0.0422 eV)和高模量(5.4 GPa)。

該電解質(zhì)顯著抑制了鋰枝晶生長，提升了鋰金屬電池的循環(huán)穩(wěn)定性，在4C下循環(huán)500圈容量保持率為128.7 mAh/g。因此，該項工作為構(gòu)建高能量密度、長循環(huán)壽命的鋰金屬電池提供了有效策略。

圖2. 電池性能

5.1 μm Ion‐Regulated Rigid Quasi‐Solid Electrolyte Constructed by Bridging Fast Li‐Ion Transfer Channels for Lithium Metal Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202401837

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/08/4646dc5cf2/

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