鋰離子電池作為目前研究與應用較廣的清潔能源，被廣泛應用于日常電子產品、人工智能、電動汽車、無人機等前沿科技領域。但隨著鋰離子電池的快速發展，其安全性能也越來越成為人們最關心的問題。

 

       傳統鋰離子電池均采用液態電解質，而液態電解質本身的性質直接影響到其安全性能。固態鋰電池能夠解決一部分安全問題。但由于固態顆粒間的電導率低，固態電池中的電導率一直不理想，直到關于運用MOF作為框架主體，鋰離子液體作為離子傳輸客體的類固態電解質(MOF-IL)的研究報道，給固態電池開辟了新的研究視角。近日，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊基于這一視角，進一步提高了該類固態電解質的安全性能及其離子傳輸性能。研究成果近期發表于Chemical Communications，題為“Enhanced lithium dendrite suppressing capability enabled by a solid-like electrolyte with different-sized nanoparticles”（Chem. Commun., 2018,54, 13060-13063;natureindex期刊 DOI: 10.1039/c8cc07476c），并被作為封面文章highlight推薦。

 

        團隊研究了金屬鋰電池中顆粒大小對MOF-IL離子導體性能的影響。研究者將兩種不同顆粒大小的離子導體組合使用，相比于單一組分的離子導體，混合尺寸能有效減小電解質顆粒間的空隙，增加電解質顆粒間和電解質與鋰金屬表面的接觸點，使鋰沉積更加均勻，由此對鋰枝晶生長的阻礙能力得到改善。并且由于導離子通道增加，電解質的導電性也得到一定的提高。該類固態電解質與商業化的正極材料LiFePO4、LiCoO2和負極材料鋰金屬組裝成電池還表現出可觀的倍率性能和循環性能，LiCoO2|electrolyte|Li電池初始容量為129 mAhg-1，在100圈后有94.6%的保持率；LiFePO4|electrolyte|Li電池初始容量為137 mAhg-1，在100圈后有94.8%的保持率。

鋰枝晶生長情況及其原理圖

 

電池循環倍率曲線

 

       該工作在新材料學院潘鋒教授和楊盧奕博士共同指導下，由2017級碩士研究生王可完成。以上工作得到了國家材料基因組重大專項(2016YFB0700600)、國家自然科學基金(Nos. 21603007)、深圳市科技創新委 (Nos.JCYJ20160531141048950 and JCYJ20151015162256516)的資助支持。