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刘金平团队在《Advanced Materials》发表聚合物电解质评述论文

发布:2022-08-31 14:02 来源:化学化工与生命科学学院

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近日,我校化学化工与生命科学学院刘金平教授团队,在国际顶级材料期刊《Advanced Materials》上发表了题为“Filler-Integrated Composite Polymer Electrolyte for Solid-State Lithium Batteries”的评述性论文。硕士生刘帅磊为论文的第一作者。

当前,锂离子电池已广泛应用于人们日常生活的方方面面,这项技术也因此获得了2019年诺贝尔化学奖。然而,随着新能源汽车、智能电网、物联网等前沿领域的兴起,传统锂离子电池逐渐无法满足应用需求。一方面,有机液态电解质有毒、易燃、易泄漏、热稳定性差,存在本质安全隐患;另一方面,液态锂离子电池的能量密度瓶颈难以突破。发展固态锂电池成为解决上述关键问题的重要途径之一,近年来得到了学术界和产业界的广泛关注。其中,设计具有优异抗枝晶生长能力和本质安全的新型固态电解质是推动高能固态锂电池发展的关键所在。

由聚合物、锂盐和填料组成的复合聚合物电解质(CPEs)不仅具有常规聚合物电解质(SPEs)的易加工优点,而且有望同时实现高离子电导率,近些年取得了巨大的进展。这种增强通常归因于填料-聚合物和填料-盐相互作用的Lewis酸碱模型,降低了聚合物的结晶度,促进锂盐的解离或构建新的快速离子传输通道(渗透的活性填料相和填料-聚合物界面相)。当前尽管已有一些关于CPEs的总结,但均集中在CPEs电解质本身,鲜有文献从界面的角度分析填料-聚合物界面对离子电导率的影响机制以及填料对电极-电解质界面的调控原理。

刘金平教授团队近期聚焦固态储能器件的研究,设计了新型高盐聚合物电解质体系,提升了固态聚合物电解质的室温离子电导率(>10-4 S cm-1);发展了离子-电子双导通序构电极,并进一步提出和构建了一体化固态电池,保障了电极/电解质三维界面结合,同时最大化提升了器件能量密度与功率密度(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 12931;Advanced Materials, 2021, 33, 2004959)。基于前期研究基础与理解,在本论文中,团队从界面设计的视角对含填料复合聚合物电解质领域的最新研究进行了系统讨论,提出了设计与调控原理及潜在研究方向。论文首先简要介绍了填料的种类及其提高离子电导率的机理,以及特殊功能填料的研究进展。其次,重点地、系统地介绍了界面结构的设计原理,特别是填料尺寸、浓度和复合策略对填料-聚合物界面的关键影响及规律;讨论了填料促进电极-电解质界面原位形成Li+导电界面相的原理和特独优势。最后,特别提出了4个高性能CPEs及其固态锂电池研究的重要方向,以期能推动聚合物固态电解质从基础科学研究走向实际应用。

刘金平,澳门·威尼斯人(中国)官方网站化学学科首席教授、博士生导师,入选国家级人才计划,为英国皇家化学学会会士(FRSC),长期从事固态电解质与固态电池、水系电池、超级电容器领域的研究。

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(审稿人:谢智中)