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?吉大徐吉靜Angew.：具有高室溫離子導(dǎo)電性的固有微孔固態(tài)離子導(dǎo)體聚合物

具有高離子電導(dǎo)率和卓越穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)（SSE）被認(rèn)為是固態(tài)鋰電池安全運行的關(guān)鍵技術(shù)。然而，目前的固態(tài)電解質(zhì)無法滿足實用固態(tài)鋰電池的要求。

圖1 PIMs-SSE的設(shè)計

吉林大學(xué)徐吉靜等為高能鋰電池開發(fā)了一種基于具有亞納米離子傳輸通路的固有微孔聚合物 (PIMs)的固態(tài)鋰離子導(dǎo)體。在基于PIMs的固態(tài)鋰離子導(dǎo)體中，可電離基團可產(chǎn)生相互連接的離子通道，從而提高離子傳導(dǎo)性。因此，鋰離子交換后的PIMs（PIM-1-Li和AO-PIM-1-Li）離子導(dǎo)體在室溫下分別具有5.13×10^-4和1.06×10^-3?S cm^-1的高離子電導(dǎo)率。此外，所獲得的PIMs基固態(tài)電解質(zhì)具有0-4.5 V的寬電化學(xué)穩(wěn)定性窗口和高熱穩(wěn)定性，同時還具有低成本、可加工性和機械穩(wěn)定性。

圖2 基于PIMs的SSE中的Li⁺導(dǎo)電性和傳輸機制

基于PIMs基固態(tài)電解質(zhì)的這些協(xié)同改進特性，鋰金屬軟包電池（LiFePO₄|AO-PIM-1-Li|Li）顯示出長循環(huán)壽命（超過100次循環(huán)）、高安全性以及對彎曲、扭曲、切割和釘刺試驗的高耐受性。此外，基于合理設(shè)計的固態(tài)空氣負(fù)極，固態(tài)Li-O₂電池也實現(xiàn)了類似的改進（比容量高達(dá)11307 mAh g^-1，倍率性能優(yōu)越，循環(huán)壽命長達(dá)247次），其比容量和循環(huán)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他最先進的固態(tài)Li-O₂電池。

圖3 鋰金屬軟包電池性能

Polymers of intrinsic microporosity solid ion conductors for solid-state lithium batteries. Angewandte Chemie International Edition 2023. DOI: 10.1002/anie.202308837

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