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  目前，使用固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)電池代替液態(tài)電池是解決電動汽車等大型新能源裝置安全問題的有效途徑，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的氫鍵相互作用，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。

  近期，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)提出了一種離子導(dǎo)電分子接枝策略（圖1），該策略進(jìn)一步打開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)固體復(fù)合電解質(zhì)(QCE)。該研究制備的CLA-CN-LATP QCE在室溫下的離子電導(dǎo)率可達(dá)1.25×10^-3 S cm^-1。制備的Li |CLA-CN-LATP|Li電池在0.1 mA cm^-2電流密度下，可保持低極化電壓和1200 h以上的鋰剝離/鍍循環(huán)。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，容量保持率高達(dá)92.1%。它為進(jìn)一步打開纖維素分子鏈之間的離子傳遞通道，改善電解質(zhì)與電極的界面性能提供了有效的策略。該工作以“Ion-Conducting Molecular-grafted Sustainable Cellulose Quasi-Solid Composite Electrolyte for High Stability Solid-state Lithium-Metal Batteries”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上，文章第一作者是深圳大學(xué)碩士研究生王瑞雪，通訊作者為深圳大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院田雷副教授。

圖1 離子導(dǎo)電分子接枝策略打開醋酸纖維素之間離子傳遞通道的設(shè)計(jì)理念。

圖2 CLA-CN-LATP QCE與CLA-LATP QCE的Li+傳輸性能對比。(a) CLA-CN-LATP QCE和(b) CLA-LATP QCE在不同溫度下的阻抗圖;(c) CLA-CN-LATP QCE和CLA-LATP QCE的離子電導(dǎo)率Arrhenius擬合圖;(d) Li|CLA-CN-LATP QCE|Li電池和(e) Li|CLA-LATP QCE|Li電池的極化曲線及初始和穩(wěn)態(tài)阻抗圖;(f) CLA-CN-LATP QCE和CLA-LATP QCE的LSV測試曲線;(g) Li|CLA-CN-LATP QCE|Li電池和Li|CLA-LATP QCE|Li電池的Tafel圖;(h) CLA-CN-LATP QCE與其他材料的離子電導(dǎo)率對比圖。

  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等國際知名期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文多篇。