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西京学院张星星团队：突破固态锂金属电池技术瓶颈 卤素驱动MOF离子传输均质化实现超稳定性能

热门资讯 2025年08月19日 08:40 1 admin

当随着新能源汽车、便携式电子设备对高安全、高能量密度储能装置的需求激增，固态锂金属电池因理论能量密度超500Whkg⁻¹（约为传统锂离子电池的两倍），且彻底消除液态电解质易燃、泄漏风险，被视为下一代电池系统的核心候选技术。

突破技术层面“拦路虎” 成为新能源领域的“潜力股”

全固态电池的产业应用和产业发展长期受限于三大瓶颈：固态电解质离子电导率不足、锂离子在电极界面传输不均导致锂枝晶生长、电解质与电极界面稳定性差。传统复合电解质虽通过引入陶瓷、硫化物等无机填料提升性能，但刚性填料与柔性基体的“力学失配”会加剧界面应力，反而加速电池失效。

西京学院、陕西科技大学与澳大利亚悉尼科技大学联合研究团队在国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表重磅研究成果，提出一种基于卤素驱动的三维分级金属有机框架（MOF）离子传输均质化策略，成功解决了固态锂金属电池（SSLMBs）长期面临的离子电导率低、锂通量不均及界面不稳定等核心难题，为高能量密度固态电池在新能源产业发展提供了关键技术支撑，并大幅提升了电池的安全性和稳定性。

关键技术创新设计：卤素与MOF的“协同作战”

为突破上述限制，联合团队创新性地将卤化锂（LiX，X=Cl、Br、I）限域于MIL-100(Al) 介孔笼中，再与PVDF-HFP聚合物基体复合，构建出“主干-分支”型分级离子传输网络。

MIL-100(Al)的三维互连孔道（0.5–1nm）展现出双重关键作用：一方面通过尺寸选择性筛分实现阴离子的空间限域，避免其干扰锂离子传输；另一方面，其Lewis酸性金属节点与卤化锂形成主客体相互作用，为锂离子搭建连续传输通道。

实验与理论计算证实，不同卤素中，碘离子（I⁻）与MOF骨架的配位作用最强，使得LiI嵌入的复合材料（E-LiI）表现最优：25°C下锂离子迁移数高达0.88，离子电导率达5.2×10⁻⁴Scm⁻¹，且能促进锂离子在负极表面均匀沉积，从根源上抑制锂枝晶。

性能验证：超稳定循环与宽温域适配

循环稳定性：LiFePO₄//Li电池在2C高倍率下循环600次后，容量保持率仍接近100%，远超现有同类材料；

宽温域适应：在-20°C至100°C范围内均能稳定工作，解决了固态电池低温性能差的痛点；

高电压兼容性：与高电压正极材料NCM811匹配的软包电池，不仅循环稳定，还成功点亮LED面板，验证了其实际应用潜力。

西京学院张星星团队：突破固态锂金属电池技术瓶颈 卤素驱动MOF离子传输均质化实现超稳定性能

固态电解质材料设计结构

团队与意义：跨学科合作的突破性成果

该研究由澳大利亚悉尼科技大学汪国秀院士、陕西科技大学黄文欢、西京学院于萍团队联合完成，西京学院/陕西科技大学张星星、悉尼科技大学陈虹莉为共同第一作者，陕西科技大学苏庆梅、于萍、汪国秀院士、黄文欢为共同通讯作者。

此项工作不仅提出了多尺度离子传导框架的理性设计方法，更揭示了卤化锂在调控锂沉积动力学中的关键作用，为高能量密度固态电池系统提供了变革性策略，有望加速固态电池在新能源汽车、储能电网等领域的商业化进程。

西京学院张星星团队：突破固态锂金属电池技术瓶颈 卤素驱动MOF离子传输均质化实现超稳定性能

电池性能展示

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