北京大學潘鋒團隊：在全固態鋰電池及關鍵材料研究中取得重要進展

【成果簡介】

潘鋒教授課題組最近在新型固態電解質以及高能量密度固態電池方面的研究取得重要進展，將含鋰的離子液體（[EMI_0.8Li_0.2][TFSI]）作為客體分子裝載進多孔的金屬-有機框架材料（MOF）納米顆粒載體中，制備了新型復合固態電解質材料。其中，含鋰的離子液體負責鋰離子傳導，而多孔的金屬-有機框架材料則提供了固態載體以及離子傳輸通道，避免了傳統液態鋰離子電池漏液的風險，同時對鋰枝晶具有一定的抑制作用，使得金屬鋰可以直接用作固態電池負極。新型的固態電解質材料不僅具有較高的體相離子電導率（0.3mS?cm^-1），另外由于其獨特的微觀界面潤濕效應（nano-wetted effect）使得其界面鋰離子傳輸性能極佳，與電極材料顆粒間具有良好的匹配性。由于以上特點，該新型固態電解質與磷酸鐵鋰正極和鋰金屬負極組裝的固態電池可以達到極高的電極材料負載量（25mg?cm^-2），并且在-20-100℃的溫度區間內表現出良好的電化學性能。

【圖文導讀】

圖1 新型固態電解質降低界面阻抗機理以及固態電池示意圖

圖2 固態電池長循環穩定性以及在不同溫度下的循環容量

a）固態電池長循環穩定性

b）不同溫度下的循環容量

【研究內容】

電動車和手機的下一代鋰電池將會選擇能量密度更高、安全性更好的全固態鋰離子電池。國家為了加速新材料和全固態鋰離子電池研發，“十三五”期間首次設立“材料基因組技術”國家重點研發計劃，并希望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數據庫（大數據的機器學習和智能分析）的新理念和新技術加速全固態鋰離子電池的研發，設立“基于材料基因組技術的全固態電池研發”國家重點專項，該重點專項由北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授作為首席科學家牽頭組織11家單位共同承擔。該項目研發的重要部分包括高性能全固態鋰電池及關鍵材料（例如：新型固態電解質等）和機理（例如：固態電池材料各界面調控等）的研發。傳統無機陶瓷類電解質具有界面阻抗大、與電極材料匹配性差等缺點，目前難以在固態電池領域得到大規模應用，因此開發具有較小界面阻抗的新型固態電解質對固態電池能量密度以及電化學性能的提升均具有十分重要的意義。

該研究成果近期發表在國際材料領域頂級期刊Advanced Materials（Adv. Mat.，2017，1704436，DOI：10.1002/adma.201704436，影響因子為19.8）上，該項工作由潘鋒教授指導團隊合作完成。博士后王子奇為第一作者。該項工作得到國家材料基因重點專項和廣東省創新團隊的支持。

原文鏈接：http://pkunews.pku.edu.cn/xxfz/2017-12/04/content_300502.htm

文獻鏈接：A Metal–Organic-Framework-Based Electrolyte with Nanowetted Interfaces for High-Energy-Density Solid-State Lithium Battery（Adv. Mat.,2017,DOI:10.1002/adma.201704436）

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