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（影響因子19，中科院JCR 1區(qū)，Top期刊）上發(fā)表了題為《In Situ Hybrid Crosslinking Polymerization of Nanoparticles for Composite Polymer Electrolytes to Achieve Highly-Stable Solid Lithium–Metal Batteries》的研究論文。碩士生母可心為本文的第一作者，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、深圳大學(xué)低維材料基因工程研究組（LDMGI）。該研究得到國家自然科學(xué)基金、深圳市科技重大專項(xiàng)、深圳市科技計(jì)劃、廣東省引進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金以及中石油創(chuàng)新基金的支持。

復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)融合了無機(jī)和有機(jī)聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，成為構(gòu)建固態(tài)電池的重要策略。但傳統(tǒng)復(fù)合填料的物理沉積和團(tuán)聚嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)均勻性和離子傳輸性能，對于構(gòu)建均勻穩(wěn)定的復(fù)合電解質(zhì)仍然是該領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一。

圖1.納米粒子雜化交聯(lián)復(fù)合聚合物電解質(zhì)的原位制備示意圖

本研究工作提出了一種原位制備納米粒子雜化交聯(lián)復(fù)合聚合物電解質(zhì)(NHCPE)的策略，該策略首先在納米二氧化鈦（nano-TiO₂）表面修飾環(huán)氧基團(tuán)，以1，3-二氧戊環(huán)（DOL）為單體和nano-TiO₂（modified）為粒子雜化中心進(jìn)行陽離子催化的原位聚合，整個體系在電池內(nèi)部進(jìn)行原位固化。該策略不僅解決了傳統(tǒng)填料簡單物理混合所造成易沉積和團(tuán)聚的問題，還提高了聚合物電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性和界面穩(wěn)定性。NHCPE在25°C下具有1.74 × 10^?3S cm^?1的高離子電導(dǎo)率和0.725的高鋰離子遷移數(shù)。鋰對稱電池能夠在0.5 mA cm^?2下穩(wěn)定沉積/剝離超過1000 h。此外，組裝的LFP| NHCPE |Li電池在1C和25°C下表現(xiàn)出142.6 mAh g^?1（1000th）的高放電比容量，以及~90％的高容量保持率。NHCPE極大地抑制了復(fù)合電解質(zhì)易團(tuán)聚的缺陷，解決了聚醚電解質(zhì)易分解、熱穩(wěn)定性低和安全性差的問題，為高穩(wěn)定性復(fù)合聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)和工業(yè)應(yīng)用開辟了一條新途徑。

圖2. 鋰金屬電池循環(huán)性能測試NHCPE（PDOL@nanoTiO₂）a、b)LFP|PDOL@nanoTiO₂|Li的倍率性能和相應(yīng)的充放電曲線。c) 使用PDOL@nanoTiO₂和PDOL的Tafel圖。d) LFP|PDOL@nanoTiO₂|Li, LFP|PDOL|Li電池在1C下的長周期性能。e) LFP|PDOL@nanoTiO₂|Li電池充放電曲線。f)LiCoO₂|PDOL@nanoTiO₂|Li, LiCoO₂|PDOL|Li電池在1C下的循環(huán)性能。g)LiCoO₂|PDOL@nanoTiO₂|Li電池的充放電曲線。

文獻(xiàn)詳情

Kexin Mu, Weiliang Dong, Weijian Xu, Zhennuo Song, Ruixue Wang, Liuyishun Wu, Hong Li, Qiang Liu, Caizhen Zhu, Jian Xu, and Lei Tian*,In Situ Hybrid Crosslinking Polymerization of Nanoparticles for Composite Polymer Electrolytes to Achieve Highly-Stable Solid Lithium–Metal Batteries.Adv. Funct. Mater.2024, 2405969

https://doi.org/10.1002/adfm.202405969

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。團(tuán)隊(duì)長期招聘博士后/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。