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材料与能源学院郭洪教授团队在隔膜改性锂金属电池方面取得重要进展

2022-01-07  

近日,材料与能源学院(云南省先进能源材料国际联合研究中心)郭洪教授团队以云南大学为唯一通讯单位,在国际著名期刊Energy Environmental Materials (IF=15.122)发表新能源存储材料最新重要进展“Understanding Dual-Polar-Group Functionalized COFs for Accelerating Li-Ion Transport and Dendrite-Free in Lithium Metal Anodes” (Energy & Environmental Materials, 2022, https://doi.org/10.1002/eem2.12345)。硕士研究生安琪为论文第一作者,郭洪教授为通迅作者。

锂金属电池因其高的理论比容量和低的电化学电位而受到研究者们广泛的关注。然而,锂枝晶的生长严重影响了锂金属电池的实际应用。而隔膜改性这一策略由于能够有效调节离子的输运,实现锂的均匀沉积,制备工艺比较简单等优点而逐渐引起越来越多的关注。隔膜改性的核心部件是改性材料。因此,开发高性能、可持续的改性材料对锂金属电池的发展至关重要。因为共价有机框架(COFs)具有丰富的纳米尺度孔隙、结构可调和易于功能化等显著优点被广泛应用于隔膜改性中。但在以往的研究中,低极性的COFs骨架不能完全阻碍锂盐阴离子的穿梭。其次,尺寸较大的溶剂化的Li+团簇在堆叠的COFs层中较难迁移,从而降低了锂离子的利用率。因此,构建具有有序孔隙结构和良好极性的官能团修饰的COFs面临着巨大的挑战。

基于以上研究现状和面临的问题,郭洪教授课题组研究了由COOH构筑的COF基隔膜改性材料。课题组在前期研究基础上(Hong Guo*, et. al, Nano Energy, 2021,106756;Hong Guo*, et. al, Adv. Funct.Mater, 2021,31, 2101019;Hong Guo*, et. al, ACS Energy Lett., 2020,1022; Hong Guo*, et. al, Appl. Catal. B:Environ., 2019, 243; Hong Guo*, et. al, Adv. Funct. Mater. 2018, 1707480),通过亲锂羰基和羧基基团修饰的共价有机骨架(COF-COOH)涂敷聚丙烯(PP)隔膜,可以实现对离子输运的调控和锂均匀的沉积(图1)。此外,阴离子型的COF-COOH可以通过静电相互作用抑制锂盐阴离子的穿梭,显著提高了锂离子迁移数。组装的锂-锂对称电池可实现超过1000小时的稳定循环,且具有较低的电压滞后(0.02 V),这种无枝晶沉积策略为锂金属阳极的实际应用提供了广阔的前景。

1. 改性电池隔膜结构与性能

该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、云南省科技厅-云南大学联合重点基金、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室项目及云南大学研究生科研创新项目的支持。


供稿:材料与能源学院

编辑:李哲

责任编辑:王崴


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