【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，《先進材料》(Advanced Materials)在線發(fā)表華中科技大學(xué)材料學(xué)院黃云輝教授課題組的研究成果：多位點交聯(lián)型聚氨酯電解質(zhì)實現(xiàn)高比能固態(tài)鋰金屬電池(Multisite Crosslinked Poly(ether-urethane)-Based Polymer Electrolytes for High-Voltage Solid-State Lithium Metal Batteries)。材料學(xué)院博士后裴非為論文第一作者，材料學(xué)院黃云輝教授、李真教授為論文共同通訊作者。材料學(xué)院、材料成形與模具技術(shù)全國重點實驗室為該項研究的第一完成單位及第一通訊單位。
 

　　固態(tài)鋰金屬電池由于其高能量密度和安全性而受到廣泛關(guān)注，高鎳層狀LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)正極與鋰金屬陽極匹配對于實現(xiàn)高能量密度至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)中的正極/電解質(zhì)/Li負極多界面不穩(wěn)定、Li+/Ni2+陽離子混排、嚴重的晶間微裂紋和過渡金屬陽離子溶解等問題，限制了高能量密度、高電壓鋰金屬電池的進一步發(fā)展。固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPEs)替代易燃的液態(tài)電解質(zhì)是解決這些問題的有效策略之一。但它們在高電壓固態(tài)鋰金屬電池(SSLMBs)中的應(yīng)用受到較低的離子電導(dǎo)率和電化學(xué)穩(wěn)定性的限制。
 

　　該工作構(gòu)筑了一類新型具備自愈合特性的有機-無機交聯(lián)聚(醚-聚氨酯)型電解質(zhì)，氨基修飾的Zr-卟啉基MOFs(ZrMOFs)和短鏈聚(乙二醇)(PEG)共價交聯(lián)。ZrMOFs作為多位點交聯(lián)反應(yīng)結(jié)點和擴鏈劑，交聯(lián)的SPE具有豐富的氫鍵網(wǎng)絡(luò)(氨酯基和脲基)，展現(xiàn)出高機械強度(76.5 MPa)和優(yōu)越的拉伸性能(約2050%)。醚氧/羰基氧和Lewis酸位點有助于SPE顯著提高離子電導(dǎo)率(5.7 × 10-4S cm-1，30℃)和Li+遷移數(shù)(0.84)，并且Li|SPE|Li對稱電池在0.3 mA cm-2的電流密度下提供了創(chuàng)紀錄的8000小時循環(huán)壽命(4000個循環(huán))。
 

　　組裝的LiFePO4|SPE|Li電池在高正極載量(10 mg cm-2)下穩(wěn)定循環(huán)1000圈后容量保持95.8%。5.1 V高氧化電位使得NCM811|SPE|Li電池在0.3 C下穩(wěn)定循環(huán)500圈(容量保持76.0%)。同時，采用原位超聲成像實時追蹤軟包電池的界面演變。所組裝的1.5 Ah固態(tài)電池在0.05 C下展現(xiàn)出的高面容量(4 mAh cm-2)和高能量密度(446 Wh kg-1)。該新型SPE在固態(tài)高電壓鋰金屬電池實際應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力。