國家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間首次設(shè)立“材料基因組技術(shù)”國家重點研發(fā)計劃，并希望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數(shù)據(jù)庫（大數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)和智能分析）的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā)。
新型固態(tài)電解質(zhì)降低界面阻抗機理以及固態(tài)電池示意圖
電動車和手機的下一代鋰電池將會選擇能量密度更高、安全性更好的全固態(tài)鋰離子電池。國家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間首次設(shè)立“材料基因組技術(shù)”國家重點研發(fā)計劃，并希望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數(shù)據(jù)庫（大數(shù)據(jù)的機器學(xué)習(xí)和智能分析）的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā)，設(shè)立“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國家重點專項，該重點專項由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授作為首席科學(xué)家牽頭組織11家單位共同承擔。該項目研發(fā)的重要部分包括高性能全固態(tài)鋰電池及關(guān)鍵材料（例如：新型固態(tài)電解質(zhì)等）和機理（例如：固態(tài)電池材料各界面調(diào)控等）的研發(fā)。傳統(tǒng)無機陶瓷類電解質(zhì)具有界面阻抗大、與電極材料匹配性差等缺點，目前難以在固態(tài)電池領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用，因此開發(fā)具有較小界面阻抗的新型固態(tài)電解質(zhì)對固態(tài)電池能量密度以及電化學(xué)性能的提升均具有十分重要的意義。
固態(tài)電池長循環(huán)穩(wěn)定性以及在不同溫度下的循環(huán)容量
潘鋒教授課題組最近在新型固態(tài)電解質(zhì)以及高能量密度固態(tài)電池方面的研究取得重要進展，將含鋰的離子液體（[EMI0.8Li0.2][TFSI]）作為客體分子裝載進多孔的金屬-有機框架材料（MOF）納米顆粒載體中，制備了新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)材料。其中，含鋰的離子液體負責(zé)鋰離子傳導(dǎo)，而多孔的金屬-有機框架材料則提供了固態(tài)載體以及離子傳輸通道，避免了傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池漏液的風(fēng)險，同時對鋰枝晶具有一定的抑制作用，使得金屬鋰可以直接用作固態(tài)電池負極。新型的固態(tài)電解質(zhì)材料不僅具有較高的體相離子電導(dǎo)率（0.3mS cm-1），另外由于其獨特的微觀界面潤濕效應(yīng)（nano-wetted effect）使得其界面鋰離子傳輸性能極佳，與電極材料顆粒間具有良好的匹配性。由于以上特點，該新型固態(tài)電解質(zhì)與磷酸鐵鋰正極和鋰金屬負極組裝的固態(tài)電池可以達到極高的電極材料負載量（25mg cm-2），并且在-20-100℃的溫度區(qū)間內(nèi)表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。