近日，深圳大学化学与环境工程学院田雷/朱才镇/徐坚团队，在Advanced Functional Materials上发表了题为“Ion-Conducting Molecular-grafted Sustainable Cellulose Quasi-Solid Composite Electrolyte for High Stability Solid-state Lithium-Metal Batteries”的研究论文。硕士生王瑞雪为本文的第一作者，田雷副教授为本文通讯作者，通讯单位为深圳大学化学与环境工程学院。
目前，使用固态或准固态电池代替液态电池是解决电动汽车等大型新能源装置安全问题的有效途径，但其仍存在诸多缺陷，严重阻碍了其进一步的实际应用，如机械强度低、离子电导率低、与电极之间的界面接触问题等。纤维素基固体电解质作为其典型代表，具有低成本、高强度和可持续性等特点，它含有丰富的极性基团，如醚键，可以传导锂离子，并成为复合快速离子导体(如LATP)的潜在聚合物基质，在固态锂金属电池领域具有巨大的应用潜力。但纤维素分子间由于大量氢键的相互作用，纤维素分子排列紧密，导致锂离子的运输能力下降，严重限制了其进一步发展。鉴于上述问题，本文提出了一种离子导电分子接枝策略，该策略进一步打开纤维素之间的离子传递通道，提高电解质的离子传导能力和改善锂电池中电解质与正负极之间的界面性能，制备出具有高离子电导率和优异室温容量保持性能的CLA-CN-LATP准固态复合电解质。
本工作提出的离子导电分子接枝策略制备而成的CLA-CN-LATP准固态复合电解质（QCE）在室温下具有1.25×10-3S cm-1的优异离子电导率。组装的的Li |CLA-CN-LATP|Li对称电池能够在0.1mA cm-2电流密度下实现高度稳定的锂沉积/剥离超过1200小时。此外，组装的LFP |CLA-CN-LATP QCE| Li在0.5C和25℃条件下具有良好的循环稳定性，循环1500次后容量保持率高达92.1%。这项工作为进一步打开纤维素分子链之间的离子传输通道和改善电解质与电极间的界面性能提供了有效的策略。
该研究成果得到国家自然科学基金、深圳市科技重大专项、深圳市科技计划、广东省创新创业团队引进计划、广东省基础与应用基础研究基金项目和中石油创新基金等项目资金资助。
文献详情
Ruixue Wang, Weiliang Dong, Zhennuo Song, Jiji Tan, Qiang Liu, Kexin Mu, Weijian Xu, Haiyu Huang, Zhili Zhang, Gang Yin, Caizhen Zhu, Jian Xu, and Lei Tian*, Ion-Conducting Molecular-Grafted Sustainable Cellulose Quasi-Solid Composite Electrolyte for High Stability Solid-State Lithium-Metal Batteries.Adv. Funct. Mater.2024, 2402461.
https://doi.org/10.1002/adfm.202402461
作者简介及招聘：
田雷，深圳大学副教授，深圳市海外高层次人才。现任《高分子通报》编委。主要从事功能高分子材料合成方法学与应用研究，包括高分子设计合成、宽温域高电导固态聚合物电解质、高安全高能量密度固态聚合物电池以及高强高韧软材料的设计制备与应用等，主持或参与国家自然基金、省市重点项目等多项，在Advanced materials、Angew. Chem. Int. Ed.，Advanced functional materials、Macromolecules等国际知名期刊上发表学术论文多篇。
团队长期招聘博士后/研究助理。研究方向包括但不限于高分子合成、固态聚合物电解质、计算化学等。
