- 南京大學(xué)李承輝、金鐘教授在Angew上發(fā)表固態(tài)鋰電池新進(jìn)展
- 發(fā)布日期：2024-12-11
近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院李承輝教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合金鐘教授團(tuán)隊(duì)在化學(xué)類頂級(jí)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）發(fā)表了題為“金屬有機(jī)-配位增強(qiáng)的金屬聚合物電解質(zhì)助力寬溫域固態(tài)鋰金屬電池（Metal-Organic Coordination Enhanced Metallopolymer Electrolytes for Wide-Temperature Solid-State Lithium Metal Batteries）”的研究論文。南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院為唯一單位，李承輝教授和金鐘教授為論文的共同通訊作者，南京大學(xué)副研究員趙培臣和博士研究生王耀達(dá)為論文共同第一作者。
鋰金屬陽極（LMAs）具有超高的理論容量（3860 mAh g-1或2061 mAh cm-3）和超低的氧化還原電化學(xué)電位（-3.04 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極）。然而，LMAs的實(shí)際應(yīng)用面臨著與商業(yè)液體電解質(zhì)相容性差的巨大挑戰(zhàn)。為了克服LMAs的棘手問題，采用固態(tài)電解質(zhì)（SSE）取代液體電解質(zhì)已經(jīng)成為一種有希望的解決方案。現(xiàn)有的無機(jī)陶瓷電解質(zhì)（ICEs）、固態(tài)聚合物電解質(zhì)（SPE）以及復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPE）面臨著同時(shí)滿足機(jī)械強(qiáng)度與柔韌性、高熱穩(wěn)定性、低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）、高離子電導(dǎo)率、高鋰離子遷移數(shù)和寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口（ESW）等理想特性的挑戰(zhàn)。這些材料往往難以在所有這些關(guān)鍵性能指標(biāo)上達(dá)到均衡，限制了它們?cè)诟咝阅苋虘B(tài)鋰金屬電池（LMBs）中的應(yīng)用潛力。
用配位鍵交聯(lián)高分子材料有兩大優(yōu)點(diǎn)。一是配位鍵的動(dòng)態(tài)性能賦予高分子材料自適應(yīng)、自修復(fù)、可回收等動(dòng)態(tài)性質(zhì)；二是金屬離子的功能性能賦予高分子材料發(fā)光、磁性、介電、催化等各種特殊的功能。因此，本研究基于動(dòng)態(tài)配位鍵利用鉬（Mo）槳輪配合物作為四齒連接體，在分子水平上連接有機(jī)和無機(jī)組分，并合成了一種結(jié)構(gòu)新穎的金屬聚合物。基于這種金屬聚合物與LiFSI復(fù)合，獲得了一種在室溫條件下具有高離子電導(dǎo)率（0.712 mS cm-1）、高離子遷移數(shù)（= 0.625）及較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口（＞5v）的金屬-有機(jī)配位增強(qiáng)的聚合物電解質(zhì)（MPE），用于構(gòu)建高性能的全固態(tài)鋰金屬電池（LMBs）。金屬聚合物中的Mo≡Mo單元存在配位不飽和位點(diǎn)可以有效地吸附雙（氟磺酰基）亞胺陰離子（FSI-），促進(jìn)Li鹽的解離，釋放出更多的自由Li+，還可以促進(jìn)FSI-的分解。這些特征有利于提高離子電導(dǎo)率，增加鋰離子遷移數(shù)，構(gòu)建固體電解質(zhì)界面層。此外，動(dòng)態(tài)金屬-有機(jī)配位鍵賦予MPE可再加工性和自修復(fù)能力，使其能夠適應(yīng)電極體積變化并保持良好的界面接觸。這一策略利用金屬-有機(jī)配位策略避免了現(xiàn)有CPE的缺點(diǎn)，突破了以往聚合物電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略的局限性。
據(jù)悉，該研究得到了國家自然科學(xué)基金、中央高校基礎(chǔ)科研經(jīng)費(fèi)等基金的支持。
