【會議報告】MOF基柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其界面行為

作為全固態(tài)鋰電的核心部件，固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展受到科研界和工業(yè)界的極大關(guān)注。目前研究最廣泛的三種固態(tài)電解質(zhì)為：無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)和無機(jī)/聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。然而，目前還沒有一種固態(tài)電解質(zhì)能夠完全適用于鋰金屬電池中，全固態(tài)電池仍存在許多挑戰(zhàn)亟待解決，包括材料不穩(wěn)定性、界面失效、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及大規(guī)模生產(chǎn)工藝缺失等。

近年來，金屬有機(jī)框架(MOF)具有豐富多孔、有序通道、功能可調(diào)等結(jié)構(gòu)特征，正在成為能量存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的研究熱點。研究表明，將MOF應(yīng)用于固態(tài)電解質(zhì)中具有改善固態(tài)電解質(zhì)各方面關(guān)鍵性能方面的巨大潛力，包括提高離子導(dǎo)電性、增強機(jī)械強度、優(yōu)化熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性以及改善界面接觸。

目前，MOF基固態(tài)電解質(zhì)存在的主要類型是:單離子傳導(dǎo)MOF固態(tài)電解質(zhì)、離子液體基MOF固態(tài)電解質(zhì)(Li-IL@MOF)、復(fù)合聚合物MOF固態(tài)電解質(zhì)。

其中，MOF基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率、良好的機(jī)械性能和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性等優(yōu)勢，MOF的孔隙結(jié)構(gòu)為鋰離子提供了快速傳輸通道，聚合物基質(zhì)增強了電解質(zhì)的柔韌性，MOF材料的高熱穩(wěn)定性則提升了電解質(zhì)的熱性能。

MOF基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法

MOF基固態(tài)電解質(zhì)通常由MOF材料、聚合物基質(zhì)和鋰鹽組成，具有代表性的制備方法主要有冷/熱壓法、流延法、溶液浸漬法、原位聚合法等。

MOF基固態(tài)電解質(zhì)的制備方法，(a)冷/熱壓法；(b)流延法；(c)溶液浸漬法；(d)原位聚合法。

冷壓/熱壓是制備MOF基固態(tài)電解質(zhì)最常用的方法。該方法操作簡單，薄膜結(jié)構(gòu)致密，厚度均勻，熱穩(wěn)定性好。熱壓的基本工藝通常是先進(jìn)行球磨，通過局部高溫高壓將電解液粉末混合均勻，然后在一定溫度(100℃左右)和壓力下將得到的配合物壓成膜，以保證電解質(zhì)中的MOF顆粒與其他填料(如鋰鹽和聚合物)混合均勻。相比之下，室溫下冷壓更方便，操作簡單，通過機(jī)械壓制的電解質(zhì)粉末可以消除溶劑的使用，減少溶劑可能引起的副反應(yīng)。其基本原理是填料和基體粉末放置在冷卻的容器中，然后裝入特定的模具，擠壓成一定形狀的電解質(zhì)薄膜。

流延法是一種成熟的薄膜量產(chǎn)技術(shù)，適用于MOF基固態(tài)電解質(zhì)的制備。該方法生產(chǎn)效率高、污染少、成本低，可制備厚度均勻、表面光潔度高的電解質(zhì)薄膜。基本工藝是首先將MOF、聚合物粉末和所需的添加劑混合在特定溶劑中形成糊狀物，然后用刀片將糊狀物滾到脫模模具或光滑的基材上。除去溶劑后，可以得到最終的MOF基固態(tài)電解質(zhì)。

溶液浸漬法是一種簡單、原料利用率高、經(jīng)濟(jì)的方法。該方法首先選擇合適的溶劑或溶劑混合物形成低粘度溶液，然后通過表面張力使溶液充分浸漬，以促進(jìn)活性成分在MOF表面的吸收，然后通過干燥處理去除多余的液體溶劑，從而得到目標(biāo)產(chǎn)品。

原位聚合法是近年來發(fā)展起來的一種制造復(fù)合聚合物快速離子導(dǎo)體的新方法。這種方法可以自由控制聚合物鏈的長度和分子結(jié)構(gòu)，以獲得更適合特定需求的復(fù)合材料。其反應(yīng)所需的較低溫度有助于減少聚合物鏈的分解和物理/化學(xué)反應(yīng)，很好地保護(hù)了高分子材料的性能。此外，由于在反應(yīng)過程中不需要添加任何外部物質(zhì)，因此所得產(chǎn)物的純度更高。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態(tài)電池技術(shù)交流大會暨第一屆干法電極技術(shù)研討會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。屆時，來自福州大學(xué)的鄭云教授將作題為《MOF基柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其界面行為》的報告。

固態(tài)鋰金屬電池由于其高安全性、高能量密度等優(yōu)勢被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的重要儲能技術(shù)。開發(fā)新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)被認(rèn)為是有望結(jié)合多種材料優(yōu)勢以提高電池安全性和電化學(xué)性能的有效策略。在本次報告中，報告人將聚焦于MOF基柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（MSPE）的開發(fā)及其界面行為研究，具體包括MSPE的設(shè)計與構(gòu)建，MSPE內(nèi)部界面的精準(zhǔn)調(diào)控，以及MSPE與鋰金屬穩(wěn)定界面的構(gòu)建與調(diào)控。所提出的一系列柔性準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)將為高性能固態(tài)鋰金屬電池的設(shè)計提供有效解決方案，為能源存儲與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的材料和結(jié)構(gòu)發(fā)展提供新的設(shè)計思路。

專家簡介：

鄭云，福州大學(xué)教授、博導(dǎo)，福建省“閩江學(xué)者”，福建省海外引進(jìn)高層次人才，2024全球前2%頂尖科學(xué)家，2024 Wiley威立中國開放科學(xué)高貢獻(xiàn)作者，福州大學(xué)新能源材料與工程研究院（張久俊院士團(tuán)隊）黨支部書記。長期從事固態(tài)鋰金屬電池和高溫氫能燃料電池方面的研究。共發(fā)表SCI論文80多篇，其中以第一作者或通訊作者在CSR, AM, PNAS, Joule, AEM, AFM等期刊上發(fā)表科研論文40多篇，包括多篇高被引論文、熱點文章和封面文章。發(fā)表中英文學(xué)術(shù)專著2本，主持/參與國家級和省級科研項目10多項，受邀擔(dān)任國際電化學(xué)能源科學(xué)院（IAOEES）理事、Renewables, Advanced Powder Materials, Frontiers in Energy等領(lǐng)域知名期刊青年編委和客座編輯。

參考來源：

1.eTran交通電動化《固態(tài)電池專題|張久俊院士團(tuán)隊-面向高性能鋰金屬電池的金屬框架基固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)》

2.功能材料與器件《MOF基固體電解質(zhì)界面設(shè)計的先進(jìn)策略》

3.楊曉宇《MOF改性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜制備及性能研究》

注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權(quán)告知刪除！

本文地址：http://www.asdesk.cn/news/details2906.html