環化學院王勇教授課題組在鋰離子電池有機電極材料研究領域的最新研究成果論文.

鋰離子電池作為一種高性能的能量儲存裝置，已廣泛應用于各類移動電源和其他可再生清潔能源載體，而具有高能量密度和功率密度的新一代鋰離子電池日趨受到人們的關注。為進一步提升鋰離子電池的各項性能，王勇教授和孫煒偉副教授課題組對環保可再生的有機電極材料在鋰離子電池上的應用展開研究，通過分子層面的設計構建了少層的兩維共軛共價有機框架電極材料，大幅度提升了有機電極的儲鋰性能，可逆儲鋰容量可以高達1500mAh/g，與高容量無機電極材料相比毫不遜色。這一研究成果實現了對有機框架材料結構層間或內部活性儲鋰位點的充分激發與利用，從而獲得了具有超高可逆儲鋰容量、優異循環穩定性的鋰離子電池有機電極材料。同時通過深入的分階段儲鋰機理探究，為有機框架電極材料的設計合成、衍生改型以及進一步的應用提供了一定的理論支撐與指導。

電動車和手機的下一代鋰電池將會選擇能量密度更高和安全性更好的全固態鋰離子電池。我們國家為了加速新材料和全固態鋰離子電池研發，“十三五”期間首次設立了“材料基因組技術”國家重點研發計劃，并且希望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數據庫（大數據的機器學習和智能分析）的新理念和新技術加速全固態鋰離子電池的研發，設立了“基于材料基因組技術的全固態電池研發”國家重點專項，該重點專項由北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授作為首席科學家，牽頭組織11家單位共同承擔。

該項目研發重要的部分包括新型固態電解質及固態電池材料各界面調控的研發。固態電解質主要分為無機固態電解質、固態聚合物電解質以及復合固態電解質。傳統的固態聚合物電解質接近常溫電導率低、電位窗口窄，無機固態電解質則是柔性差、具有較大的界面阻抗。作為二者的結合，復合固態電解質不僅具有柔性，并且在相對低溫下具有良好的電導率，具有廣闊的研究前景。

三個組分在其中各司其職，無機固態電解質提供了鋰離子的通道，還能使得復合固態電解質具有較高的機械強度；有機大分子PEO不但能夠傳導鋰離子，還起到了粘合陶瓷顆粒的作用；而有機小分子BPEG首先使PEO的結晶度降低，其次將固-固界面之間的硬接觸變為了軟接觸，從而能夠使得鋰在金屬鋰上的沉積和脫出更加均勻。通過具有以上特性，該電解質能夠很好地在物理上和化學上阻擋鋰枝晶的產生。此外，60攝氏度下將固態電池的磷酸鐵鋰與金屬鋰分別作為正負極對該復合固態電解質進行電化學測試，0.1C的倍率下取得了158mAhg-1的比容量，2C的倍率下取得了94mAhg-1的比容量。該研究對于固態電解質的研究具有重要的指導價值。

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充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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該研究成果發表在最近的國際材料與能源的期刊上，該工作由潘鋒教授指導，由博士后楊盧奕作為第一作者及團隊的合作下完成。該項工作得到國家材料基因重點專項和廣東省創新團隊的支持。

北極星儲能網訊:近日，復旦大學化學系、新能源研究院夏永姚教授課題組首次提出一種新型的鋰離子(鈉離子)電池體系，該體系正極采用一種含有碘離子、鋰離子/鈉離子的水溶液，負極采用一種固態有機聚合物，電解質采用硝酸鋰或硫酸鋰的水溶液，聚合物離子交換膜作為隔膜將液態正極和固態負極分隔開。

據介紹，傳統的鋰電池的工作原理是基于鋰離子在正負極電極的嵌入/脫嵌，也稱“搖椅式電池”。新型電池工作原理與傳統的鋰離子電池相似：正極反應基于溶液中I3-/I-電對的氧化還原，負極反應基于聚酰亞胺上羰基的可逆烯醇化反應，鋰離子/鈉離子聚合物交換膜為電池隔膜，充放電過程中伴隨著鋰離子Li+(或鈉離子Na+)在正負極之間的遷移。與傳統電池有限的循環壽命和功率密度相比，該體系中電池的正負極電極反應均不涉及離子在固體材料中的擴散及其由此引起的充放電過程中電極材料的體積，能夠將電池的高能量密度和電容器的長循環壽命與高功率密度有效地結合起來。實驗表明，正負極材料均表現出較快的電極反應動力學，使得電池表現出類似電容器的高功率性能。電池在0~1.6V的電壓窗口之間充放電，可以循環高達50,000次，這遠遠超過了傳統可充電電池的循環壽命(<10,000次)。

相對于現有使用金屬氧化物電極材料或有機電解質溶液的二次電池和液流電池，這種新型的鋰離子(鈉離子)電池體系中所有的組分(包括水溶液電解液和電極材料聚酰亞胺和碘基活性物質)都是環境友好無污染的。而且該電池體系中電極反應并不涉及金屬元素的氧化還原，這也大大降低了電池的制造成本。該電池具有能量密度高、功率密度大、循環壽命長、安全性高、成本低等優異的性能，將來可望用于風力、太陽能發電等能量儲存、智能電網峰谷調荷等。