北京大学潘锋教授团队：关于固态锂电池界面工程研发进展

锂离子电池作为目前研究与应用较广的清洁能源，被广泛应用于日常电子产品、人工智能、电动汽车、无人机等前沿科技领域。但随着锂离子电池的快速发展，其安全性能也越来越成为人们最关心的问题。

传统锂离子电池均采用液态电解质，而液态电解质本身的性质直接影响到其安全性能。固态锂电池能够解决一部分安全问题。但由于固态颗粒间的电导率低，固态电池中的电导率一直不理想，直到关于运用MOF作为框架主体，锂离子液体作为离子传输客体的类固态电解质(MOF-IL)的研究报道，给固态电池开辟了新的研究视角。近日，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队基于这一视角，进一步提高了该类固态电解质的安全性能及其离子传输性能。研究成果近期发表于Chemical Communications，题为“Enhanced lithium dendrite suppressing capability enabled by a solid-like electrolyte with different-sized nanoparticles”（Chem. Commun., 2018,54, 13060-13063;natureindex期刊 DOI: 10.1039/c8cc07476c），并被作为封面文章highlight推荐。


团队研究了金属锂电池中颗粒大小对MOF-IL离子导体性能的影响。研究者将两种不同颗粒大小的离子导体组合使用，相比于单一组分的离子导体，混合尺寸能有效减小电解质颗粒间的空隙，增加电解质颗粒间和电解质与锂金属表面的接触点，使锂沉积更加均匀，由此对锂枝晶生长的阻碍能力得到改善。并且由于导离子通道增加，电解质的导电性也得到一定的提高。该类固态电解质与商业化的正极材料LiFePO4、LiCoO2和负极材料锂金属组装成电池还表现出可观的倍率性能和循环性能，LiCoO2|electrolyte|Li电池初始容量为129 mAhg-1，在100圈后有94.6%的保持率；LiFePO4|electrolyte|Li电池初始容量为137 mAhg-1，在100圈后有94.8%的保持率。


该工作在新材料学院潘锋教授和杨卢奕博士共同指导下，由2017级硕士研究生王可完成。以上工作得到了国家材料基因组重大专项(2016YFB0700600)、国家自然科学基金(Nos. 21603007)、深圳市科技创新委 (Nos.JCYJ20160531141048950 and JCYJ20151015162256516)的资助支持。