利用COF聚合技术提升锂离子导电性的新方法探讨

来自 实验室仪器网

研究人员继续探索提高锂金属电池（LMB）固体聚合物电解质（SPE）性能的方法，旨在开发更高效、更可持续的储能系统,华中科技大学的周兴平教授和薛志刚教授最近发表了一项研究，描述了一种增强SPE中锂离子传导的新方法。他们的方法在共价有机框架（COF）中使用原位聚合。

为什么这项研究很重要

提高离子传输效率：传统SPE的离子传输通常有限，这限制了它们在高性能锂金属电池中的使用。这种方法将共价有机框架（COF）的结构与原位聚合相结合，增强了离子传输途径。因此，它增加了离子电导率和锂离子转移数。

更好的电极-电解质界面：原位聚合改善了COF在聚合物基质内的分布。这降低了界面电阻并稳定了电极和电解质之间的界面。结果是更好的骑行性能和更长的电池寿命。

适用于高压应用：这些SPE具有很高的电化学稳定性和较强的离子电导率，使其适用于高压阴极。这扩大了它们在下一代锂金属电池中的应用潜力。

共价有机框架（COF）：COF具有有序的离子传输通道、化学稳定性、高表面积和可定制的功能位点，因此非常适合构建高性能SPE。在本研究中，使用了阴离子COFTpPa-COOLi。它可以加速环内酯单体的开环共聚（ROCOP），从而能够原位形成SPE。

原位聚合：该方法利用COF的高表面积来吸收聚合前体并加速孔内的聚合。结果，形成了更多的COF-聚合物界面。这改善了离子传输途径并增强了COF在聚合物基质中的分散性。

密度泛函理论（DFT）和分子动力学模拟：这些计算工具用于研究锂离子迁移以及聚合物如何与COF相互作用。结果表明，原位聚合加强了锂离子和聚合物之间的配位，从而支持更高效的离子传输。

应用和未来展望

锂金属电池：原位聚合SPE表现出很强的电化学性能。在室温下，它们实现了1.1×10的离子电导率−5S厘米−1锂离子转移数为0.85。在Li//LFP半电池中，初始比容量为157.9mAhg−1在0.5C下，1000次循环后容量保持率为76%。

高压应用：SPE还显示出高压系统的潜力。它们使用NCM622阴极可在高达5.0V的电压下保持氧化稳定性。Li/polymer@TpPa-COOLi/NCM622半电池的初始放电容量为132mAhg−1并在72次循环后保留100%的容量。

未来研究：即将到来的工作将侧重于简化COF综合并解决成本和可扩展性挑战。原位聚合方法也适用于其他类型的电池和储能技术。这种通过在共价有机框架内的原位聚合来增强锂离子传导的方法代表了高性能锂金属电池开发向前迈出的有意义的一步。

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