新型固態鋰金屬有機電池研發取得新進展

由于具有較好的安全性和高理論容量，以固態電解質來代替液態電解液的固態鋰金屬電池研發備受關注，因而固態電解質的開發也顯得尤為重要。近期云南大學材料與能源學院郭洪教授團隊在新型固態鋰金屬有機電池研發上取得了最新進展，國際期刊《碳能源》發表了相關研究成果。

以往的研究、生產主要集中在硫化物、鹵化物、氧化物等無機類電解質，然而這些固態電解質存在剛性及對空氣敏感等缺點，影響電池的界面穩定性和循環與倍率性能。近年來，有機聚合物電解質具有柔性易成膜等優勢而逐漸引起重視，而共價有機框架材料是一類比較具有應用前景的單離子固態電解質的載體，但需要研究者深入研究活性位點數量和骨架結構對鋰離子電導率、遷移數及電池性能的影響規律。基于目前的研究現狀以及面臨的問題，并結合此前的研究基礎，郭洪教授團隊設計并制備出3種羧酸鋰調控的共價有機框架單鋰離子導體材料。他們從不同骨架結構和活性位點數量對鋰離子電導率、遷移數的影響，結合理論計算的方式，深入研究了3 種材料的靜電勢分布，并采用密度泛函理論計算分析鋰離子遷移路徑和能壘的差異。隨后，研究團隊組裝了以鋰金屬為負極、有機小分子環己六酮為正極所構筑的單離子導體為固態電解質的準固態電池。經過性能測試和理論計算，結果表明，單離子導體可以有效抑制鋰枝晶生長，準固態電池可以解決有機小分子正極材料在電解液中的溶解，這種策略為構筑高效準固態鋰金屬有機電池提供了重要的理論基礎和技術支持。