深圳研究生院在全固态锂电池及关键材料研究中取得重要进展

2017-12-05 16:03

新型固态电解质降低界面阻抗机理以及固态电池示意图

电动车和手机的下一代锂电池将会选择能量密度更高、安全性更好的全固态锂离子电池。国家为了加速新材料和全固态锂离子电池研发，“十三五”期间首次设立“材料基因组技术”国家重点研发计划，并希望通过材料基因组的高通量计算、合成、检测及数据库（大数据的机器学习和智能分析）的新理念和新技术加速全固态锂离子电池的研发，设立“基于材料基因组技术的全固态电池研发”国家重点专项，该重点专项由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授作为首席科学家牵头组织11家单位共同承担。该项目研发的重要部分包括高性能全固态锂电池及关键材料（例如：新型固态电解质等）和机理（例如：固态电池材料各界面调控等）的研发。传统无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点，目前难以在固态电池领域得到大规模应用，因此开发具有较小界面阻抗的新型固态电解质对固态电池能量密度以及电化学性能的提升均具有十分重要的意义。

固态电池长循环稳定性以及在不同温度下的循环容量

潘锋教授课题组最近在新型固态电解质以及高能量密度固态电池方面的研究取得重要进展，将含锂的离子液体（[EMI0.8Li0.2][TFSI]）作为客体分子装载进多孔的金属-有机框架材料（MOF）纳米颗粒载体中，制备了新型复合固态电解质材料。其中，含锂的离子液体负责锂离子传导，而多孔的金属-有机框架材料则提供了固态载体以及离子传输通道，避免了传统液态锂离子电池漏液的风险，同时对锂枝晶具有一定的抑制作用，使得金属锂可以直接用作固态电池负极。新型的固态电解质材料不仅具有较高的体相离子电导率（0.3mS cm-1），另外由于其独特的微观界面润湿效应（nano-wetted effect）使得其界面锂离子传输性能极佳，与电极材料颗粒间具有良好的匹配性。由于以上特点，该新型固态电解质与磷酸铁锂正极和锂金属负极组装的固态电池可以达到极高的电极材料负载量（25mg cm-2），并且在-20-100℃的温度区间内表现出良好的电化学性能。