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中科院物理所李泓研究员、香港大学潘文鼎助理教授AEM:高分子聚合物链段-多孔基底调控双管齐下,实现高安全性全固态锂金属电池

中科院物理所李泓研究员、香港大学潘文鼎助理教授AEM:高分子聚合物链段-多孔基底调控双管齐下,实现高安全性全固态锂金属电池 科学材料站
2025-01-17
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导读:中科院物理所李泓研究员、香港大学潘文鼎助理教授AEM:高分子聚合物链段-多孔基底调控双管齐下,实现高安全性全固态锂金属电池



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文 章 信 息


高分子聚合物设计实现全固态锂金属电池性能和安全的平衡

第一作者:伊小萍

通讯作者:李泓*,潘文鼎*

单位:中国科学院物理研究所,香港大学



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研 究 背 景


有机-无机复合固体电解质(CSEs)因其优异的综合性能和环境适应性而引起了广泛关注。然而,CSEs的高离子电导率、宽电化学窗口和优异的界面相容性往往是通过牺牲其机械强度实现的,在实际应用中容易发生短路,带来了严重的安全隐患。



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文 章 简 介


近日,中科院物理所李泓研究员、香港大学潘文鼎助理教授在国际知名期刊Advanced Energy Materials上合作发表题为“Achieving Balanced Performance and Safety for Manufacturing All-Solid-State Lithium Metal Batteries by Polymer Base Adjustment”的研究文章,第一作者是中科院物理所博士后伊小萍。该文章通过对PEO聚合物链段和高分子多孔基底的设计制备了一种具有优异综合性能和便于规模化制造的固体电解质膜,实现了全固态锂金属电池安全平稳的运行。这项工作强调了CSEs的机械性能在电解质改性中的关键作用,以及对全固态锂金属电池的安全性、循环稳定性和寿命的重要影响,为开发实用的固体电解质提供了启发。

图1. PMPS@LATP-NF的合成机理示意图。



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本 文 要 点


图2. (a) PEO, P-0, PM-0, PM-30, PMPS@LATP和PMPS@LATP-NF的SEM图;(b) NF和PMPS@LATP-NF的超声强度云图;(c) 不同含量MDI对PEO力学性能的影响;(d) NF, PPS, PMPS@LATP和PMPS@LATP-NF的力学性能测试;(e) P-0, PM-30, PMPS@LATP和PMPS@LATP-NF的离子电导率。

图3. 基于PPS@LATP, PMPS@LATP和PMPS@LATP-NF的(a) Li/Li对称电池恒电流充放电试验,(b) 循环后的表面SEM图,(c) 临界电流密度测试和(d) 力学性能对比。

图4 聚合物链段的结合能、相互作用、离子扩散和力学性能的分子动力学和密度泛函理论计算。



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文 章 链 接


Achieving Balanced Performance and Safety for Manufacturing All-Solid-State Lithium Metal Batteries by Polymer Base Adjustment

https://doi.org/10.1002/aenm.202404973



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通 讯 作 者 简 介


李泓,中国科学院物理研究所研究员,博士生导师,北京凝聚态物理国家实验室副主任。科技部先进能源领域储能子领域主题专家,工信部智能电网技术与装备重点专项项目责任专家,国家新能源汽车创新中心技术专家。国家杰出青年科学基金获得者。国家重点研发计划新能源汽车试点专项动力电池项目,北京市科委固态电池重点项目,国家自然科学基金委固态电池重点项目负责人。联合创办北京卫蓝新能源科技有限公司、溧阳天目先导电池材料科技有限公司、中科海钠科技有限公司、天目湖先进储能技术研究院有限公司,长三角物理研究中心有限公司。主要研究领域包括:高能量密度锂离子电池、固态锂电池、电池失效分析、固体离子学。合作发表了SCI论文500余篇,引用超过40000次, H-index为107。已获授权中国发明专利90余项。


潘文鼎,香港大学机械工程系研究助理教授,主要研究方向为金属基离子及空气电池的材料筛选与结构设计,相关研究成果发表于Science Advances、Advanced Materials和Advanced Energy Materials等知名期刊,h指数22;并获国内外专利4项以及10项学术与竞赛奖项。此外,他积极推动产学研一体化,创立初创公司并获得香港政府百万港币种子基金,相关成果已初步制成电池产品并获得2024年49届日内瓦国际发明展金奖,被包括TVB、大公文汇报等多家权威媒体报道。



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第 一 作 者 简 介


伊小萍,中国科学院物理研究所博士后,主要从事有机/无机固体电解质和电极材料的合成改性以及下一代新型电池体系的研究,擅长结合实验表征技术及多尺度理论计算(DFT、MD、AIMD等)对电池内部的离子输运、相互作用和界面反应行为展开研究。在 Sci. Adv., Adv. Energy Mater., ACS Catal., ACS Nano等国际期刊上合作发表SCI论文20余篇,主持并参与国家自然科学基金青年科学基金项目、国家资助博士后研究人员计划等项目。


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