北京大學郭少軍課題組：提出“蟻穴”結構固態電解質抑制鋰枝晶新方法

【成果簡介】

近日，能源和環境科學領域國際頂級刊物Energy & Environmental Science（影響因子=29.518）刊登了北京大學工學院郭少軍課題組和北京理工大學陳人杰課題組（共同通訊）的論文“Biomimetic ant-nest ionogel electrolyte boosts the performance of dendrite-free lithium batteries”。

【圖文導讀】

圖1?蟻穴離子凝膠電解質中Li⁺傳輸通道示意圖

證明了一種新的仿生螞蟻離子凝膠電解質，開發了高性能Li/Ni_1/3 Mn_1/3 Co_1/3O₂和Li/Li₄ Ti ₅ O₁₂固態電池

圖2?蟻穴離子凝膠電解質合成機理及相關圖片

a）自然界中蟻穴的照片

b）特殊官能團修飾的SiO₂骨架的SEM形貌圖

c）蟻穴離子凝膠電解質合成機理

d）蟻穴離子凝膠電解質的光學照片

【研究內容】

金屬鋰電池是最有希望的下一代高能量密度的電化學儲存設備之一。然而，金屬鋰負極在反復充/放電過程中易產生不可控的鋰枝晶，從而刺穿隔膜，導致循環壽命短和嚴重的安全問題。此外，金屬鋰負極在實際應用還存在庫倫效率低的問題。對電解質進行合理的設計，可以有效解決這些關鍵問題。

郭少軍課題組通過借鑒自然界中蟻穴結構能夠快速交換空氣的特點，設計出了一種有特殊官能團修飾的SiO₂為骨架的離子凝膠電解質。這種仿生離子凝膠電解質具有快速傳輸Li⁺的能力，而且能夠在金屬鋰負極表面自發地形成顆粒富集層，從而有效地抑制鋰枝晶的生長。組裝成的三元電池具有約390 Wh/kg的能量密度，鈦酸鋰電池穩定循環3000次，庫倫效率高達99.8%。該成果為利用仿生概念設計高性能的金屬鋰電池提供了一種新思路。

論文第一作者是工學院博士后陳楠。該研究得到了科技部重點研發計劃，國家自然科學基金面上基金，中國博士后科學基金和青年千人計劃支持。

原文鏈接：http://www.coe.pku.edu.cn/research-news/5064

文獻鏈接： Biomimetic ant-nest ionogel electrolyte boosts the performance of dendrite-free lithium batteries（Energy & Environmental Science,2017,DOI:10.1039/x0xx00000x）

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