【會議報告】硅基復合固態電解質的構筑及性能研究

全固態鋰電池憑借其優越的高能量密度和高安全性，被廣泛認為是突破傳統鋰電池能量密度和安全性瓶頸的關鍵技術。然而，全固態電池的核心材料——固態電解質的性能突破，仍是實現該技術商業化的關鍵瓶頸。

為此，中國科學院蘭州化學物理研究所張俊平研究員、楊燕飛副研究員團隊開發了一系列具有高室溫離子電導率的硅基復合固態電解質，揭示了材料微觀結構、表面化學特性對離子傳遞性能的影響機制。系統研究了不同微觀結構黏土礦物（蒙脫石、凹凸棒石、硅藻土等）對PEO復合固態電解質室溫離子電導率的影響規律。結果表明，蒙脫石（MMT）可明顯提高PEO復合固態電解質的室溫離子電導率，但其離子電導率仍然較低。基于MMT獨特的納米片層結構，將LiTFIS和丁二腈分子插層到MMT納米片的層間空間中，制得了一種高離子導體。在此基礎上，楊燕飛團隊借鑒神經元結構及其對信號高效傳輸、處理和存儲的功能，開發出了具有類似神經元結構的有機硅納米線@蒙脫石超疏水納米填料，構建了適用于寬溫域鋰金屬電池的PEO基復合固態電解質。以基于Li/LiFePO₄ 或 Li/NCM811鋰金屬電池，在50℃至0℃的范圍內展現了優異的循環穩定性。

2024年4月21日，中國科學院蘭州化學物理研究所張俊平研究員、楊燕飛副研究員團隊在Angew. Chem. Int. Ed.期刊發表題為“Neuron㎜ike Silicone Nanofilaments@Montmorillonite Nanofillers of PEO〣ased Solid㏒tate Electrolytes for Lithium Metal Batteries with Wide Operation Temperature”的研究論文。

該研究報道了通過可持續和具有成本效益的方法設計和制備了仿生神經元樣納米填料用于聚環氧乙烷（PEO）基復合固體電解質（CSEs）的情況。這種納米填料是通過三氯甲基硅烷（TCMS）在甲苯中的水解縮合作用，將有機硅納米絲（SNFs）可控地接枝到蒙脫石（MMT）納米片上制備的。甲苯中的水濃度（x，ppm）決定了納米填料（SNFs@MMTx）的納米結構。SNFs@MMT120納米填料可以在室溫（30℃）下在PEO基CSEs中形成無數不同方向的長距離連續通道，從而實現快速、均勻的Li⁺傳輸，即高離子電導率（4.9×10^-4S·cm^-1）和Li⁺轉移數（tLi+，0.63）。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將于2025年3月18-19日在安徽·蚌埠舉辦2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，助推固態電池產業化發展。屆時，中國科學院蘭州化學物理研究所副研究員楊燕飛將作題為《硅基復合固態電解質的構筑及性能研究》的報告。

專家簡介：

楊燕飛，男，理學博士，副研究員/碩導，中共黨員。主要從事硅酸鹽黏土礦物和有機硅的超親電解液鋰電池隔膜和固態電解質的應用基礎研究。目前，以第一/通訊作者在Angew Chem Int Ed、Adv Energy Mater、Nano Lett、Energy Storage Mater、 Small等期刊發表論文20余篇，其中封面文章3篇；申請國家發明專利15件，授權9件。入選了中國科學院青年創新促進會（2024）、甘肅省隴原青年英才（2024）、中國科學院蘭州化物所“基礎研究特區”人才（2024）。主持了國家自然科學基金-青年基金、甘肅省重點研發、甘肅省自然科學基金、KGJ重大專項、蘭州市人才創新創業等項目。

參考來源：

中國科學院蘭州化物所張俊平團隊Angew：仿生！類神經元結構有機硅納米線@蒙脫石納米填料助力鋰離子的快速傳輸.能源學人

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