中國粉體網訊 日前，吉林大學化學學院、無機合成與制備化學國家重點實驗室、未來科學國際合作聯合實驗室徐吉靜教授團隊在固態鋰電池領域取得重要進展，該研究成果以“An integratedsolid-state lithium-oxygen battery with highly stable anioni ccovalent organic frameworks electrolyte”為題發表于《Chem》上（Chem, 2022, DOI:10.1016/j.chempr. 2022.09.027）。吉林大學鼎新學者王曉雪博士為論文第一作者，徐吉靜教授為論文通訊作者。
固態鋰電池由于采用固態電解質替代了傳統有機電解液，有望從根本上解決電池安全性問題的同時，進一步提升電池的能量密度和循環壽命，符合未來高安全性、高能量密度鋰電池發展的方向。特別是固態鋰氧氣電池在現有的電池體系中具有最高的理論能量密度，有望在下一代儲能設備中發揮重要作用。目前用于固態鋰氧氣電池的固態電解質主要分為固態聚合物電解質和固態無機電解質兩類。聚合物電解質雖然具有較好的柔性，容易構建固-固界面，但其室溫離子電導率低，導致電池的倍率性能和功率密度都較低。而無機固態電解質（石榴石、鈣鈦礦、鈉離子快導體、硫化物、分子篩等）具有高離子導電性，但其較高的剛性導致固-固界面構建困難。因此，迫切需要為固態鋰氧氣電池尋求一種同時具有高離子電導率、高界面相容性和高化學穩定性的新型固態電解質。
圖：a)CD-COF-Li、LAGP和PEO的電子電導率和離子電導率值；b-c)有限元模擬；d)掃描電鏡圖片；e)固態正極的設計原理圖；f)放電容量測試；g)循環壽命測試。
該課題組通過快速、環境友好的微波輔助法成功制備了具有高離子電導率、低反應活化能和高化學/電化學穩定性的CD-COF-Li固態電解質，并揭示了鋰離子在材料孔道內的傳輸機制。該COF固態電解質由于具有豐富的離子傳輸通道、獨特的骨架柔性和較短的界面傳輸阻抗，展現出高達2.7×10-3Scm-1的離子傳導率和優異的電化學穩定性。并且，利用COF的骨架柔性，成功構建了同時具有電子、離子和氧氣分子連續傳輸通道的一體化正極材料。得益于電解質-電極低阻抗傳輸界面，使用COF電解質組裝的全固態鋰氧氣電池展現出9340mAhg-1的高比容量和100次的長循環壽命，遠優于基于典型聚合物電解質PEO和無機固態電解質LAGP的固態鋰氧氣電池（38次和50次）。同時，COF電解質組裝的全固態鋰金屬電池也展現出優異的倍率性能和循環性能。其在2C的電流密度下，放電比容量依然可以達到125.1mAhg-1。以上研究結果展示了COFs作為新型鋰離子導體在下一代固態儲能器件中巨大的應用潛力，為未來固態電解質材料設計和固態電池技術發展提供了新思路。
這一研究工作得到了中共中央組織部、國家自然科學基金委員會、吉林省科技廳、長春市科技局、南通市政府和吉林大學相關項目的支持。
（中國粉體網編輯整理/文正）
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