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清華大學/華南理工AM:橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質

清華大學/華南理工AM:橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質
全固態鋰離子電池由于采用了固態電解質替代傳統有機液態電解液,有望從根本上解決電池的安全性的同時,還能進一步提升鋰電池的能量密度和循環壽命,符合未來高安全性高能量密度鋰離子電池發展的方向。
然而,要實現高能量密度的準固態鋰金屬電池(LMB),需要一種具有枝晶突變抑制特性的超薄準固態電解質(QSE)。
清華大學/華南理工AM:橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質
在此,清華大學王海輝、華南理工大學王素清等人在正極上設計了一個 5.1 μm 的剛性 QSE 層。
其中,作者將帶有負電荷基團的凱夫拉(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,再結合原位聚合反應完成具有高剛性和穩定性的高安全電解質系統。
結果顯示,所構建的拓撲網絡具有高剛性(5.4 GPa)、高離子電導率(室溫下為 0.73 mS cm-1)、良好的離子調控性能和更高的結構穩定性,有助于實現均勻的鋰離子通量、優異的枝晶抑制能力和延長 LMB 的循環性能。
清華大學/華南理工AM:橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質
圖1. 作用機制
總之,該工作提出了一種基于UiO-66@KANF復合材料的5.1微米厚的剛性準固體電解質。
具體而言,作者通過UiO-66@KANF的項鏈狀離子通道結構,結合不易燃深共晶溶劑作為離子傳輸載體,實現了高鋰離子導電性(0.73 mS/cm)、低鋰離子擴散活化能(0.0422 eV)和高模量(5.4 GPa)。
該電解質顯著抑制了鋰枝晶生長,提升了鋰金屬電池的循環穩定性,在4C下循環500圈容量保持率為128.7 mAh/g。因此,該項工作為構建高能量密度、長循環壽命的鋰金屬電池提供了有效策略。
清華大學/華南理工AM:橋接快速鋰離子傳輸通道構建5.1μm剛性準固態電解質
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

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