電動(dòng)車和手機(jī)的下一代鋰電池將會(huì)選擇能量密度更高、安全性更好的全固態(tài)鋰離子電池。

國(guó)家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間首次設(shè)立“材料基因組技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，并希望通過材料基因組的高通量計(jì)算、合成、檢測(cè)及數(shù)據(jù)庫(大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能分析)的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā)，設(shè)立“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)，該重點(diǎn)專項(xiàng)由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授作為首席科學(xué)家牽頭組織11家單位共同承擔(dān)。該項(xiàng)目研發(fā)的重要部分包括高性能全固態(tài)鋰電池及關(guān)鍵材料(例如：新型固態(tài)電解質(zhì)等)和機(jī)理(例如：固態(tài)電池材料各界面調(diào)控等)的研發(fā)。傳統(tǒng)無機(jī)陶瓷類電解質(zhì)具有界面阻抗大、與電極材料匹配性差等缺點(diǎn)，目前難以在固態(tài)電池領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，因此開發(fā)具有較小界面阻抗的新型固態(tài)電解質(zhì)對(duì)固態(tài)電池能量密度以及電化學(xué)性能的提升均具有十分重要的意義。

固態(tài)電池長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性以及在不同溫度下的循環(huán)容量

潘鋒教授課題組最近在新型固態(tài)電解質(zhì)以及高能量密度固態(tài)電池方面的研究取得重要進(jìn)展，將含鋰的離子液體([EMI0.8Li0.2][TFSI])作為客體分子裝載進(jìn)多孔的金屬-有機(jī)框架材料(MOF)納米顆粒載體中，制備了新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料。其中，含鋰的離子液體負(fù)責(zé)鋰離子傳導(dǎo)，而多孔的金屬-有機(jī)框架材料則提供了固態(tài)載體以及離子傳輸通道，避免了傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池漏液的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)對(duì)鋰枝晶具有一定的抑制作用，使得金屬鋰可以直接用作固態(tài)電池負(fù)極。新型的固態(tài)電解質(zhì)材料不僅具有較高的體相離子電導(dǎo)率(0.3mS cm-1)，另外由于其獨(dú)特的微觀界面潤(rùn)濕效應(yīng)(nano-wetted effect)使得其界面鋰離子傳輸性能極佳，與電極材料顆粒間具有良好的匹配性。由于以上特點(diǎn)，該新型固態(tài)電解質(zhì)與磷酸鐵鋰正極和鋰金屬負(fù)極組裝的固態(tài)電池可以達(dá)到極高的電極材料負(fù)載量(25mg cm-2)，并且在-20-100℃的溫度區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。