吉林大学徐吉静教授Angew:新型固有微孔聚合物固态电解质用于固态锂电池

随着“碳达峰，碳中和”成为全球共识，储能产业的市场发展潜力巨大，亟需发展具有高比能的下一代电池技术。以锂金属作为负极的锂金属电池因其高能量密度优势，成为最有希望的候选者。然而，由于商用有机电解质具有挥发性和易燃性的特征，电池运行过程中极易引发一系列安全问题。本团队前期研究证明利用高机械强度和安全性的固态电解质替代液态电解质，可以有效避免不可逆的电解液分解和负极锂枝晶生长，从而提高电池的安全性和循环寿命（Nature 2021, 592, 551-557、J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 5718-5729、Chem 2023, 9, 394-410、Matter 2023, 6, 142-157、Nat. Commun. 2020, 11, 2191、Adv. Mater. 2020, 32, 2002559）。因此，探索兼具高离子电导率、高电化学稳定性、高机械强度、高界面加工性和低成本的新型固态电解质材料，是锂金属电池研究的重要发展方向，且面临严峻的挑战。

近期，吉林大学徐吉静教授（点击查看介绍）团队在Angewandte Chemie International Edition 上发表研究工作，开发了一种基于具有亚纳米离子传输路径的固有微孔聚合物（PIMs）固态电解质新材料，揭示了锂离子在自聚微孔通道中的输运机制，并构筑了高安全长寿命的固态锂金属电池和固态锂空气电池。相比传统固态电解质材料，本工作所制备的PIMs具有优异的尺寸筛分能力、溶液加工性能、柔韧性、易成膜、易规模化放大等优势，作为固态电解质展现出高的离子电导率、高电化学稳定性、高环境适应性以及优异的机械稳定性。PIMs固态电解质的研发实现了固态锂金属电池和固态锂空气电池的高能量密度、高循环稳定性和高安全性。该工作为发展下一代低成本高安全的固态锂电池技术提供了新思路和关键材料。

图1. PIMs固态电解质的设计原理

图2. PIMs基固态电解质的结构设计与表征

图3. PIMs基固态电解质的锂离子传导性能和传输机制

图4. PIMs基固态电解质的机械性能和阻燃性

图5. 基于PIMs固态电解质的全电池性能和机械稳定性测试

图6. 基于PIMs固态电解质的固态锂空气电池的电化学性能和可逆性

相关研究近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上，第一作者为吉林大学鼎新学者王晓雪博士，通讯作者为吉林大学徐吉静教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Polymers with Intrinsic Microporosity as Solid Ion Conductors for Solid-State Lithium Batteries

Xiao-Xue Wang, Li-Na Song, Li-Jun Zheng, De-Hui Guan, Cheng-Lin Miao, Jia-Xin Li, Jian-You Li, and Ji-Jing Xu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202308837

通讯作者介绍

徐吉静，吉林大学，化学学院，无机合成与制备化学国家重点实验室，教授，博士生导师。主要从事新能源材料与器件领域的基础研究和技术开发工作，特别是在固态电池和金属空气电池领域取得多项重大原创性成果。研究成果在Nature (1)、Nat. Energy (1)、Nat. Commun. (3)、Adv. Mater. (6)、JACS (2)、Angew. Chem. Int. Ed. (2)、Chem (1)、Matter (1)、Energy Environ. Sci. (1)、Adv. Energy Mater. (1)、Adv. Funct. Mater. (1)、ACS Nano (2)、ACS Cent. Sci. (1) 、ACS Cent. Sci. (1)、ACS Energy Lett. (1)、Energy Storage Mater. (3)等国际著名学术期刊上发表论文70余篇，他引7000余次， 10篇入选ESI高被引论文H-指数39；获授权专利10项。研究成果受到了国内外学者的关注和认可，被国际专业期刊多次评述报道，受邀在国际国内会议上做大会报告、主题报告或邀请报告20余次。曾获吉林省人才政策“国家级领军人才”（2021年）、国家“万人计划”青年拔尖人才（2020年）、科睿唯安“全球高被引学者”（2019年）、吉林省拔尖创新人才（2019年）和吉林省青年科技奖（2018年）等奖励或荣誉。承担中组部青年项目、国家自然科学基金、吉林省科技发展计划重点研发项目等14项科研课题。

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