近日，材料與化學(xué)學(xué)院鄭時(shí)有教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合澳大利亞阿德萊德大學(xué)郭再萍院士，在固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料領(lǐng)域取得重要突破。研究人員成功研制出厚度僅為7.8微米、兼具超薄特性與高離子電導(dǎo)率的新型聚合物固體電解質(zhì)材料，并基于此開發(fā)出具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命和快充能力的固態(tài)金屬鋰電池。相關(guān)成果以“具有快速離子傳輸和穩(wěn)定界面的超薄聚合物電解質(zhì)，適用于實(shí)用固態(tài)鋰金屬電池”（Ultrathin Polymer Electrolyte With Fast Ion Transport andStable Interface for Practical Solid-state Lithium MetalBatteries）為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上。夏水鑫副教授為第一作者，上海理工大學(xué)為第一完成單位。該成果的取得得益于學(xué)?！俺孙L(fēng)計(jì)劃”對(duì)夏水鑫副教授赴澳大利亞訪學(xué)的資助，充分彰顯了雙方優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與深度合作所取得的重要成效。
隨著新能源汽車的快速普及，人們對(duì)鋰電池續(xù)航和安全性的要求日益提高。然而，現(xiàn)有商用鋰離子電池的能量密度已逼近極限（約300 Wh/kg），難以滿足長(zhǎng)續(xù)航需求，同時(shí)其安全隱患仍然突出。聚合物固體電解質(zhì)因具備本征安全性和匹配高容量金屬鋰負(fù)極的潛力，被認(rèn)為是推動(dòng)能量密度大幅提升的理想選擇，也是實(shí)現(xiàn)新能源汽車加速升級(jí)的關(guān)鍵突破口。但目前該類電解質(zhì)仍面臨離子傳導(dǎo)效率低、厚度偏大以及難以有效抑制鋰枝晶等瓶頸，導(dǎo)致電池壽命與快充性能受限。因此，開發(fā)兼具超薄特性與高效離子傳導(dǎo)能力的聚合物固體電解質(zhì)，成為突破固態(tài)電池性能瓶頸的關(guān)鍵方向。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地引入氟苯柔性鏈段，優(yōu)化了電解質(zhì)內(nèi)部的離子傳導(dǎo)環(huán)境，從而顯著促進(jìn)鋰離子的快速遷移?；谶@一設(shè)計(jì)，成功制備出厚度僅7.8 μm、離子電導(dǎo)率高達(dá) 4.8 × 10?? S cm?1的超薄聚碳酸酯固體電解質(zhì)材料（圖1）。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研制出兼具高安全性與長(zhǎng)壽命的固態(tài)金屬鋰電池，表現(xiàn)出超長(zhǎng)循環(huán)壽命和優(yōu)異的快充性能，能量密度高達(dá) 495 Wh kg?1。更為重要的是，即便在-10 ℃的低溫環(huán)境下，固態(tài)電池仍能穩(wěn)定運(yùn)行，充分展現(xiàn)出面向全氣候應(yīng)用的巨大潛力。
電解質(zhì)的設(shè)計(jì)理念
固態(tài)金屬鋰全電池循環(huán)性能
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https://doi.org/10.1002/adma.202510376
