中国科研人员开发出用于高性能全固态锂金属电池的先进固态电解质

 iCOF/PIL复合材料的表征。图片来源：Advanced Energy Materials（2024）。DOI： 10.1002/aenm.202400762

香港科技大学（科大）工程学院的研究人员最近开发出用于锂金属电池（LMBs）的新一代固态电解质（SSEs），可大大提高安全性和性能。这一发现有助于推动电动汽车、便携式电子产品和电网等电池应用的储能技术的发展。

为应对这一挑战，科大化学及生物工程学系助理教授Kim Yoonseob教授领导的研究团队开发了一种新颖策略，将一类称为离子共价有机框架（iCOFs）的多孔聚合物与一种称为聚（离子液体）（PIL）的聚合物相结合，以制造高性能的无溶剂和无增塑剂的SSE。

这种新的iCOF/PIL复合SSE在室温下实现了优异的离子电导率（高达1.50 x 10−3 S cm−1）和锂离子传输能力（> 0.80）。通过实验和计算研究相结合，研究团队发现，PIL、锂双（三氟甲磺酰亚胺）和iCOFs之间建立的协同协调和竞争协调机制使Li+能够快速传输，同时限制TFSI−的运动。

利用这种先进的SSE，该团队进一步制造了由复合SSEs和LiFePO4复合阴极制成的LMB全电池，发现它在1C和室温下的初始放电容量为141.5 mAh g−1，在800次循环中具有令人印象深刻的87%的容量保持率。

“我们的突破性方法展示了稳定的电池操作，并首次在全固态LMB中显示出高可逆容量。它释放了iCOFs在电化学储能器件方面的巨大潜力，为全固态LMBs在从电动汽车到便携式电子设备和电网等各种应用中的广泛采用开辟了新的发展道路。

这项研究由香港科技大学、上海交通大学和浙江大学以及韩国汉阳大学的研究人员合作进行。

该研究论文题为“High-Performance All-Solid-State Lithium Metal Batteries Enabled by Ionic Covalent Organic Framework Composites”，发表在Advanced Energy Materials上。