华中科技大学材料学院黄云辉教授团队固态聚合物电解质领域最新研究成果获关注
- 2024/11/12 9:56:35 15312
- 来源：华中科技大学
【仪表网 研发快讯】近日，《先进材料》(Advanced Materials)在线发表华中科技大学材料学院黄云辉教授课题组的研究成果：多位点交联型聚氨酯电解质实现高比能固态锂金属电池(Multisite Crosslinked Poly(ether-urethane)-Based Polymer Electrolytes for High-Voltage Solid-State Lithium Metal Batteries)。材料学院博士后裴非为论文第一作者，材料学院黄云辉教授、李真教授为论文共同通讯作者。材料学院、材料成形与模具技术全国重点实验室为该项研究的第一完成单位及第一通讯单位。
固态锂金属电池由于其高能量密度和安全性而受到广泛关注，高镍层状LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)正极与锂金属阳极匹配对于实现高能量密度至关重要。然而，传统液态电解质中的正极/电解质/Li负极多界面不稳定、Li+/Ni2+阳离子混排、严重的晶间微裂纹和过渡金属阳离子溶解等问题，限制了高能量密度、高电压锂金属电池的进一步发展。固态聚合物电解质(SPEs)替代易燃的液态电解质是解决这些问题的有效策略之一。但它们在高电压固态锂金属电池(SSLMBs)中的应用受到较低的离子电导率和电化学稳定性的限制。
该工作构筑了一类新型具备自愈合特性的有机-无机交联聚(醚-聚氨酯)型电解质，氨基修饰的Zr-卟啉基MOFs(ZrMOFs)和短链聚(乙二醇)(PEG)共价交联。ZrMOFs作为多位点交联反应结点和扩链剂，交联的SPE具有丰富的氢键网络(氨酯基和脲基)，展现出高机械强度(76.5 MPa)和优越的拉伸性能(约2050%)。醚氧/羰基氧和Lewis酸位点有助于SPE显著提高离子电导率(5.7 × 10-4S cm-1，30℃)和Li+迁移数(0.84)，并且Li|SPE|Li对称电池在0.3 mA cm-2的电流密度下提供了创纪录的8000小时循环寿命(4000个循环)。
组装的LiFePO4|SPE|Li电池在高正极载量(10 mg cm-2)下稳定循环1000圈后容量保持95.8%。5.1 V高氧化电位使得NCM811|SPE|Li电池在0.3 C下稳定循环500圈(容量保持76.0%)。同时，采用原位超声成像实时追踪软包电池的界面演变。所组装的1.5 Ah固态电池在0.05 C下展现出的高面容量(4 mAh cm-2)和高能量密度(446 Wh kg-1)。该新型SPE在固态高电压锂金属电池实际应用中展现出巨大潜力。
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