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)的機器學習和智能分析)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深圳研究生院新材料學院潘鋒教授作為首席科學家牽頭組織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)電池領域得到大規(guī)模應用，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，制備了新型復合固態(tài)電解質(zhì)材料。其中，含鋰的離子液體負責鋰離子傳導，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率(0.3mS cm-1)，另外由于其獨特的微觀界面潤濕效應(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)出良好的電化學性能。