清华张强副研究员课题组提出用柔性复合固态电解质保护金属锂负极新方法

点击上方“蓝字” 一键订阅

10月17日，清华大学化工系副研究员张强课题组在《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS）上发表文章《用于无枝晶生长金属锂保护的阴离子固定复合电解质》（An anion-immobilized composite electrolyte for dendrite-free lithium metal anodes），报道了研究组在柔性复合固态电解质领域取得的新进展。

（A）在阴离子固定的柔性复合固态电解质中，锂离子均匀沉积；（B）在阴离子未被固定的常规电解质中，易生成枝晶。

近年来，随着智能手机等电子设备的广泛运用，和电动汽车等新型交通工具的迅猛发展，人们不仅对电池能量密度的需求不断增长，对电池安全性的要求也越来越高。

现阶段传统电池大多采用有机液态电解质，采用有机液态电解质的电池在高温下化学性质不稳定，可能造成电池短路。在冲击、过充等极端条件下易燃易爆，埋下安全隐患。因此，构筑电极、电解质均为固态材料的电池，是实现安全电池的终极目标。

金属锂电极具有很高的理论容量，然而在充放电过程中易产生不均匀沉积，生成枝晶，给电池带来容量损失。采用金属锂电极与固态电解质的固态电池，是下一代安全、高能电池的极佳选择。

为制造安全、高能的金属锂电池，化工系张强研究团队提出利用无机陶瓷材料与有机聚合物材料结合，构筑柔性复合固态电解质。利用阴离子固定的无机陶瓷材料（铝掺杂Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）与有机聚合物材料（PEO-LiTFSI）构筑柔性复合固态电解质（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，抑制金属锂负极枝晶生长。复合电解质中的阴离子（TFSI-）被聚合物基体和陶瓷填料束缚，形成了均匀分布的空间电荷层，进而引导锂离子均匀分布，实现金属锂的无枝晶沉积。锂盐中阴离子与锂离子的解离有助于降低聚合物结晶度，构建了快速、稳定的锂离子传输通道。无机快离子导体的加入将拓宽聚合物电解质的电化学窗口，表现出很好的电解质-电极界面稳定性与电化学循环性能。该复合固态电解质膜在极高温度下提供屏障，阻隔正负极短路，提升电池循环效率与安全性。

锂离子在阴离子固定的柔性复合固态电解质中均匀沉积，构筑高安全固态金属锂电池。

该项研究工作的通讯作者是清华化工系副研究员张强，并列第一作者为张强课题组的博士生赵辰孜、硕士生张学强、在站博士后程新兵，并列第二作者为清华大学博士生张睿、北京理工大学硕士生许睿、清华大学本科生陈鹏宇、清华大学博士生彭翃杰和北京理工大学交叉学院教师黄佳琦。该工作在北京市科委、科技部、自然科学基金委、清华大学自主科研等基金的资助下完成。

论文链接：

http://www.pnas.org/content/114/42/11069.abstract

来源：清华大学

免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：[e-mail]

相关进展

高分子科技

关注高分子科学技术  👉

长按二维码关注

诚邀投稿

欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至[e-mail]，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。

欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。

申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。

点击下方“阅读原文”查看更多