中國(guó)粉體網(wǎng)訊 日前，吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院、無機(jī)合成與制備化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、未來科學(xué)國(guó)際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室徐吉靜教授團(tuán)隊(duì)在固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)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(xué)鼎新學(xué)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(zhì)替代了傳統(tǒng)有機(jī)電解液，有望從根本上解決電池安全性問題的同時(shí)，進(jìn)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(chǔ)能設(shè)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(zhì)主要分為固態(tài)聚合物電解質(zhì)和固態(tài)無機(jī)電解質(zhì)兩類。聚合物電解質(zhì)雖然具有較好的柔性，容易構(gòu)建固-固界面，但其室溫離子電導(dǎo)率低，導(dǎo)致電池的倍率性能和功率密度都較低。而無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)（石榴石、鈣鈦礦、鈉離子快導(dǎo)體、硫化物、分子篩等）具有高離子導(dǎo)電性，但其較高的剛性導(dǎo)致固-固界面構(gòu)建困難。因此，迫切需要為固態(tài)鋰氧氣電池尋求一種同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率、高界面相容性和高化學(xué)穩(wěn)定性的新型固態(tài)電解質(zhì)。
圖：a)CD-COF-Li、LAGP和PEO的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率值；b-c)有限元模擬；d)掃描電鏡圖片；e)固態(tài)正極的設(shè)計(jì)原理圖；f)放電容量測(cè)試；g)循環(huán)壽命測(cè)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(dǎo)率、低反應(yīng)活化能和高化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性的CD-COF-Li固態(tài)電解質(zhì)，并揭示了鋰離子在材料孔道內(nèi)的傳輸機(jī)制。該COF固態(tài)電解質(zhì)由于具有豐富的離子傳輸通道、獨(dú)特的骨架柔性和較短的界面?zhèn)鬏斪杩梗宫F(xiàn)出高達(dá)2.7×10-3Scm-1的離子傳導(dǎo)率和優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性。并且，利用COF的骨架柔性，成功構(gòu)建了同時(shí)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(zhì)-電極低阻抗傳輸界面，使用COF電解質(zhì)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(zhǎng)循環(huán)壽命，遠(yuǎn)優(yōu)于基于典型聚合物電解質(zhì)PEO和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)LAGP的固態(tài)鋰氧氣電池（38次和50次）。同時(shí)，COF電解質(zhì)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(dá)到125.1mAhg-1。以上研究結(jié)果展示了COFs作為新型鋰離子導(dǎo)體在下一代固態(tài)儲(chǔ)能器件中巨大的應(yīng)用潛力，為未來固態(tài)電解質(zhì)材料設(shè)計(jì)和固態(tài)電池技術(shù)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(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、吉林省科技廳、長(zhǎng)春市科技局、南通市政府和吉林大學(xué)相關(guān)項(xiàng)目的支持。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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