用固態(tài)電解質(zhì)來代替液態(tài)電解液的固態(tài)鋰金屬電池由于具有較好的安全性和高理論容量而受到廣泛關(guān)注，所以固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)顯得尤為重要。以往的研究、生產(chǎn)主要集中在無機類電解質(zhì)（硫化物電解質(zhì)、鹵化物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)等），然而這些固態(tài)電解質(zhì)存在剛性及對空氣敏感等缺點而影響電池的界面穩(wěn)定性，循環(huán)和倍率性能。近年來，有機聚合物電解質(zhì)具有柔性易成膜等優(yōu)勢而逐漸引起重視，而共價有機框架（COFs）材料是一類比較具有應(yīng)用前景的單離子固態(tài)電解質(zhì)的載體，因此，要深入研究活性位點數(shù)量和骨架結(jié)構(gòu)對鋰離子電導(dǎo)率，遷移數(shù)及電池性能的影響規(guī)律。基于目前的研究現(xiàn)狀以及面臨的問題，并結(jié)合前期的研究基礎(chǔ)（Hong Guo*, et. al, Nano Energy, 2022, 106756; Energy Storage Mater., 2021, 139; Adv. Funct. Mater., 2021, 2101019; ACS Energy Lett., 2020, 1022），郭洪教授團隊設(shè)計并制備出三種羧酸鋰調(diào)控的COF單鋰離子導(dǎo)體材料LiOOC-COF1，LiOOC-COF2和LiOOC-COF3。團隊深入研究不同骨架結(jié)構(gòu)和活性位點數(shù)量對鋰離子電導(dǎo)率，遷移數(shù)的影響，結(jié)合理論計算的方式研究了三種材料的靜電勢分布，并采用DFT計算深入分析鋰離子遷移路徑和能壘的差異。團隊組裝了以鋰金屬為負(fù)極，有機小分子環(huán)己六酮為正極，構(gòu)筑的單離子導(dǎo)體為固態(tài)電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)電池，經(jīng)過性能測試和理論計算結(jié)果表明，單離子導(dǎo)體可以有效抑制鋰枝晶生長，準(zhǔn)固態(tài)電池可以解決有機小分子正極材料在電解液中的溶解，這種策略為構(gòu)筑高效準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬有機電池提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。圖1. 三種LiOOC-COF1，LiOOC-COF2和LiOOC-COF3單離子導(dǎo)體的構(gòu)筑及應(yīng)用該研究成果得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金面上項目、云南省科技廳－云南大學(xué)聯(lián)合重點基金、省先進能源材料國際聯(lián)合研究中心、省高校全固態(tài)離子電池重點實驗室項目的支持。
參考資料：http://www.mse.ynu.edu.cn/zh-hans/node/327
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