電動車和手機(jī)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(tài)鋰離子電池。國家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間首次設(shè)立“材料基因組技術(shù)”國家重點(diǎn)研發(fā)計劃，并盼望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數(shù)據(jù)庫（大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能分析）的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā)，設(shè)立“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國家重點(diǎn)專項，該重點(diǎn)專項由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授作為首席科學(xué)家牽頭組織11家單位共同承擔(dān)。該項目研發(fā)的緊張部分包括高性能全固態(tài)鋰電池及關(guān)鍵材料（例如：新型固態(tài)電解質(zhì)等）和機(jī)理（例如：固態(tài)電池材料各界面調(diào)控等）的研發(fā)。傳統(tǒng)無機(jī)陶瓷類電解質(zhì)具有界面阻抗大、與電極材料匹配性差等瑕玷，目前難以在固態(tài)電池領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，因此開發(fā)具有較小界面阻抗的新型固態(tài)電解質(zhì)對固態(tài)電池能量密度以及電化學(xué)性能的提拔均具有十分緊張的意義。

新型固態(tài)電解質(zhì)降低界面阻抗機(jī)理以及固態(tài)電池示意圖

潘鋒教授課題組最近在新型固態(tài)電解質(zhì)以及高能量密度固態(tài)電池方面的研究取得緊張進(jìn)展，將含鋰的離子液體（0.8Li_0.2.gif border=0 align=middle>[TFSI]）作為客體分子裝載進(jìn)多孔的金屬-有機(jī)框架材料（MOF）納米顆粒載體中，制備了新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料。其中，含鋰的離子液體負(fù)責(zé)鋰離子傳導(dǎo)，而多孔的金屬-有機(jī)框架材料則提供了固態(tài)載體以及離子傳輸通道，避免了傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池漏液的風(fēng)險，同時對鋰枝晶具有肯定的克制作用，使得金屬鋰可以直接用作固態(tài)電池負(fù)極。新型的固態(tài)電解質(zhì)材料不僅具有較高的體相離子電導(dǎo)率（0.3mS?cm^-1），另外因為其獨(dú)特的微觀界面潤濕效應(yīng)（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優(yōu)秀的匹配性。因為以上特點(diǎn)，該新型固態(tài)電解質(zhì)與磷酸鐵鋰正極和鋰金屬負(fù)極組裝的固態(tài)電池可以達(dá)到極高的電極材料負(fù)載量（25mg?cm^-2），并且在-20-100℃的溫度區(qū)間內(nèi)體現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學(xué)性能。

固態(tài)電池長循環(huán)穩(wěn)固性以及在不同溫度下的循環(huán)容量

該研究成果近期發(fā)表在國際材料領(lǐng)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引導(dǎo)團(tuán)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(diǎn)專項和廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊的支撐。

編輯：江南