丁书江教授团队首次利用多重动态键构建集成式正极/超薄聚合物电解质的全固态锂电池

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全固态锂电池具有高比能、高安全性、高可靠性、长寿命、可柔性化等优点，在柔性电子器件、电动汽车、航空航天等领域具有巨大的储能应用价值，是未来储能电源发展的重要方向。然而，全固态锂电池有限的固态电解质-电极界面接触导致界面处不连续的离子传输和较大的界面阻抗，最终造成较差的电化学性能甚至电池性能过早劣化。如何有效解决固态电解质与电极固有的界面接触问题是全固态电池锂电池进一步发展的关键科学问题。
         聚合物固态电解质因其质轻、柔性、易加工、安全可靠以及价格低廉等优势，在实现高比能、长循环和高安全的全固态锂电池实际应用中具有巨大潜力。近期，西安交通大学化学学院丁书江教授团队在前期设计的动态超分子离子导电弹性体（DSICE）材料基础上，发展了多重动态键驱动全固态锂电池正极/聚合物电解质一体化的新策略，构建了集成式正极/超薄聚合物电解质的全固态锂电池（图1）。

图1 集成式正极/超薄聚合物电解质全固态锂电池的结构表征

         经精细结构设计的动态超分子离子导电弹性体具有优异的电化学性能和力学性能。首先，将动态超分子离子导电弹性体用于固态电解质。有效的锂离子传输有利于锂负极界面处均匀沉积，强而韧的力学性能有利于电解质与锂负极产生共形接触，提高锂负极的稳定性，同时可构建超薄（12μm）的聚合物电解质；其次，将动态超分子离子导电弹性体用于磷酸铁锂正极粘结剂。快速的锂离子传输能力促进电极材料内部的离子传输，多重氢键作用增强电极颗粒间的黏附力。最后，固态电解质和磷酸铁锂复合正极在动态超分子离子导电弹性体中多重动态键（包括动态二硫键、单重氢键以及四重氢键）驱动下形成一体化的正极/聚合物电解质结构，实现了聚合物电解质和电极界面的分子级融合，且组装的集成式正极/超薄聚合物电解质全固态锂电池表现出小的极化电压和界面阻抗、高的比容量和倍率性能，以及良好的循环稳定性。该工作从聚合物分子结构设计角度为全固态锂电池中固有的电解质-电极界面接触问题提供了一种新的解决策略。
        上述研究成果近期发表在《德国应化》（Angewandte Chemie International Edition）上，西安交通大学化学学院为第一通讯单位，第一作者是西安交通大学陈晶博士，唯一通讯作者为西安交大化学学院丁书江教授。该研究得到国家自然科学基金委、陕西省科技创新团队以及西安交通大学分析测试共享中心的支持。感谢蔡司公司对该工作中电池结构表征的帮助。
        论文链接地址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307255
        课题组网站：https://gr.xjtu.edu.cn/en/web/dingsj
        文章来源：西安交通大学
       丁书江，1978年生于黑龙江省哈尔滨市，西安交通大学理学院教授，博士生导师，教育部“新世纪优秀人才”，陕西省“青年科技新星”，西安交通大学腾飞特聘教授、西安交通大学青年拔尖A类入选者。研究工作涉及高分子/无机物纳米结构复合材料的设计，制备及其在电化学储能（锂/钠离子电池、锂硫电池、固态电池、燃料电池）、传感器、电驱动和电催化等方面的应用基础研究。以第一作者或者通讯作者身份在Nat. Commun., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. int. Ed., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, Chem. Mater., J. Mater. Chem A等期刊上发表论文140余篇，其中14篇论文入选“基本科学指标数据（ESI）”高被引论文。并担任多个著名国际学术期刊的审稿人。在研项目包括国家自然科学基金面上和青年项目，博士点基金、陕西省基金等。获奖包括：2016年陕西青年科技奖，2017年陕西省高等学校科学技术奖一等奖（第一完成人）。2018年11月入选美国科睿唯安（Clarivate）交叉学科领域的高被引科学家，2019年1月入选爱思唯尔（Elsevier）中国高被引学者。