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Carbon Energy云南大學郭洪團隊研發新型準固態鋰金屬有機電池

來源：云南大學材料與能源學院      2022-07-12
導讀：近日，云南大學材料與能源學院（云南省先進能源材料國際聯合研究中心）郭洪教授團隊在國際期刊Carbon Energy（影響因子21.5）發表新型準固態鋰金屬有機電池最新進展“COF‐based single Li solid electrolyte accelerates the ion diffusion and restrains dendrite growth in quasi‐solid‐state organic batteries” ( https://doi.org/10.1002/cey2.248)。趙根福博士為論文第一作者，段玲艷博士、郭洪教授為通迅作者。
用固態電解質來代替液態電解液的固態鋰金屬電池由于具有較好的安全性和高理論容量而受到廣泛關注，所以固態電解質的開發顯得尤為重要。以往的研究、生產主要集中在無機類電解質（硫化物電解質、鹵化物電解質、氧化物電解質等），然而這些固態電解質存在剛性及對空氣敏感等缺點而影響電池的界面穩定性，循環和倍率性能。近年來，有機聚合物電解質具有柔性易成膜等優勢而逐漸引起重視，而共價有機框架（COFs）材料是一類比較具有應用前景的單離子固態電解質的載體，因此，要深入研究活性位點數量和骨架結構對鋰離子電導率，遷移數及電池性能的影響規律。

基于目前的研究現狀以及面臨的問題，并結合前期的研究基礎（Hong Guo*, et. al, Nano Energy, 2022, 106756; Energy Storage Mater., 2021, 139; Adv. Funct. Mater., 2021, 2101019; ACS Energy Lett., 2020, 1022），郭洪教授團隊設計并制備出三種羧酸鋰調控的COF單鋰離子導體材料LiOOC-COF1，LiOOC-COF2和LiOOC-COF3。團隊深入研究不同骨架結構和活性位點數量對鋰離子電導率，遷移數的影響，結合理論計算的方式研究了三種材料的靜電勢分布，并采用DFT計算深入分析鋰離子遷移路徑和能壘的差異。團隊組裝了以鋰金屬為負極，有機小分子環己六酮為正極，構筑的單離子導體為固態電解質的準固態電池，經過性能測試和理論計算結果表明，單離子導體可以有效抑制鋰枝晶生長，準固態電池可以解決有機小分子正極材料在電解液中的溶解，這種策略為構筑高效準固態鋰金屬有機電池提供了重要的理論基礎和技術支持。
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圖1. 三種LiOOC-COF1，LiOOC-COF2和LiOOC-COF3單離子導體的構筑及應用
該研究成果得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金面上項目、云南省科技廳－云南大學聯合重點基金、省先進能源材料國際聯合研究中心、省高校全固態離子電池重點實驗室項目的支持。

參考資料：http://www.mse.ynu.edu.cn/zh-hans/node/327

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