近日，深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院田雷/朱才鎮(zhèn)/徐堅(jiān)團(tuán)隊(duì)，在Advanced Functional Materials上發(fā)表了題為“Ion-Conducting Molecular-grafted Sustainable Cellulose Quasi-Solid Composite Electrolyte for High Stability Solid-state Lithium-Metal Batteries”的研究論文。碩士生王瑞雪為本文的第一作者，田雷副教授為本文通訊作者，通訊單位為深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院。

目前，使用固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)電池代替液態(tài)電池是解決電動(dòng)汽車等大型新能源裝置安全問(wèn)題的有效途徑，但其仍存在諸多缺陷，嚴(yán)重阻礙了其進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用，如機(jī)械強(qiáng)度低、離子電導(dǎo)率低、與電極之間的界面接觸問(wèn)題等。纖維素基固體電解質(zhì)作為其典型代表，具有低成本、高強(qiáng)度和可持續(xù)性等特點(diǎn)，它含有豐富的極性基團(tuán)，如醚鍵，可以傳導(dǎo)鋰離子，并成為復(fù)合快速離子導(dǎo)體(如LATP)的潛在聚合物基質(zhì)，在固態(tài)鋰金屬電池領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。但纖維素分子間由于大量氫鍵的相互作用，纖維素分子排列緊密，導(dǎo)致鋰離子的運(yùn)輸能力下降，嚴(yán)重限制了其進(jìn)一步發(fā)展。鑒于上述問(wèn)題，本文提出了一種離子導(dǎo)電分子接枝策略，該策略進(jìn)一步打開(kāi)纖維素之間的離子傳遞通道，提高電解質(zhì)的離子傳導(dǎo)能力和改善鋰電池中電解質(zhì)與正負(fù)極之間的界面性能，制備出具有高離子電導(dǎo)率和優(yōu)異室溫容量保持性能的CLA-CN-LATP準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)。

本工作提出的離子導(dǎo)電分子接枝策略制備而成的CLA-CN-LATP準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)（QCE）在室溫下具有1.25×10^-3S cm^-1的優(yōu)異離子電導(dǎo)率。組裝的的Li |CLA-CN-LATP|Li對(duì)稱電池能夠在0.1mA cm^-2電流密度下實(shí)現(xiàn)高度穩(wěn)定的鋰沉積/剝離超過(guò)1200小時(shí)。此外，組裝的LFP |CLA-CN-LATP QCE| Li在0.5C和25℃條件下具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)1500次后容量保持率高達(dá)92.1%。這項(xiàng)工作為進(jìn)一步打開(kāi)纖維素分子鏈之間的離子傳輸通道和改善電解質(zhì)與電極間的界面性能提供了有效的策略。

該研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市科技重大專項(xiàng)、深圳市科技計(jì)劃、廣東省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)引進(jìn)計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目和中石油創(chuàng)新基金等項(xiàng)目資金資助。

文獻(xiàn)詳情

Ruixue Wang, Weiliang Dong, Zhennuo Song, Jiji Tan, Qiang Liu, Kexin Mu, Weijian Xu, Haiyu Huang, Zhili Zhang, Gang Yin, Caizhen Zhu, Jian Xu, and Lei Tian*, Ion-Conducting Molecular-Grafted Sustainable Cellulose Quasi-Solid Composite Electrolyte for High Stability Solid-State Lithium-Metal Batteries.Adv. Funct. Mater.2024, 2402461.

https://doi.org/10.1002/adfm.202402461

作者簡(jiǎn)介及招聘：

田雷，深圳大學(xué)副教授，深圳市海外高層次人才。現(xiàn)任《高分子通報(bào)》編委。主要從事功能高分子材料合成方法學(xué)與應(yīng)用研究，包括高分子設(shè)計(jì)合成、寬溫域高電導(dǎo)固態(tài)聚合物電解質(zhì)、高安全高能量密度固態(tài)聚合物電池以及高強(qiáng)高韌軟材料的設(shè)計(jì)制備與應(yīng)用等，主持或參與國(guó)家自然基金、省市重點(diǎn)項(xiàng)目等多項(xiàng)，在Advanced materials、Angew. Chem. Int. Ed.，Advanced functional materials、Macromolecules等國(guó)際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文多篇。

團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期招聘博士后/研究助理。研究方向包括但不限于高分子合成、固態(tài)聚合物電解質(zhì)、計(jì)算化學(xué)等。