科创中国
一种高稳定三维MXene-COF-Li复合金属锂负极材料及其制备方法与应用
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-08 10:52:16
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”佛山中国发明成果转化研究院产业科技服务团| 佛山中国发明成果转化研究院 | 2022-11-10 09:51:26
金属锂负极由于其相当于商业化石墨负极10倍的极高理论比容（3860mAh/g），低的密度（0.59g/cm3）以及最低的电化学电位（相对于标准氢电极为−3.04V）等特点，被认为是所有负极材料中的“圣杯”。但是，由于金属锂负极在循环过程中出现的枝晶和体积膨胀等问题严重影响了金属锂电池的商业化。本项目将COF纳米粒子分散在MXene薄膜中，使COF纳米粒子与MXene薄膜产生一定的物理吸附作用，诱导均匀的锂离子流，实现均匀且无枝晶的锂沉积。相对于单纯使用MXene负载锂的负极材料，本项目设计的MXene‑COF‑Li复合金属锂负极具有更优异的电池容量和循环稳定性。
（1）本成果制备的MXene‑COF‑Li复合金属锂负极，循环200周时库伦效率依然保持在99 .5％以上，制备的全电池初始比容量约为1200mAh/g，在1C倍率下的循环300周后，MXene‑COF‑Li||S全电池的容量保持率为73 .8％，MXene‑Li||S全电池的容量保持率为19 .3％，而且MXene‑COF‑Li||S全电池比MXene‑Li||S全电池具有更小的极化现象和更大的放电比容量。
（2）采用简单的真空抽滤法，操作简单易行，成膜均匀。本成果采用电沉积法制备复合金属锂负极，具有安全性高、沉积量可控等优势。
本项目研制金属锂负极材料，可用于制备高能量密度锂金属电池，广泛应用于新能源电动汽车、智能电子产品和储能电网的的可充电二次电池。
山东大学是一所历史悠久、学科齐全、实力雄厚、特色鲜明的教育部直属重点综合性大学，在国内外具有重要影响，2017年顺利迈入世界一流大学建设高校（A类）行列。校总占地面积8000余亩，形成了一校三地（济南、威海、青岛）的办学格局，是中国目前学科门类最齐全的大学之一，在综合性大学中具有代表性，拥有博士学位授权一级学科44个，博士学位授权二级学科1个，硕士学位授权一级学科51个，本科招生专业93个，博士后科研流动站42个，涵盖除军事学以外的所有学科门类。学校现有在校生近7万人，专任教师4600余人，其中，中国科学院和工程院院士（含双聘）21人，长江学者特聘教授42人、长江青年13人，国家杰出青年科学基金获得者55人、优秀青年科学基金获得者42人，国家特支计划领军人才32人、青年拔尖人才16人，国家百千万人才工程入选者39人；国家级各类平台基地26个，教育部人文社会科学重点研究基地4个，部委级平台51个，另有大批省级重点实验室和工程技术研究中心；拥有多家直属附属医院；与30多个国家和地区的200余所学校签署了校际合作协议。
当前金属锂作为锂离子电池的负极材料，主要需要克服两个难题：安全性和循环寿命。困扰金属锂负极的主要问题是锂枝晶，在循环过程中，由于局部极化的因素，使得金属锂表面生长锂枝晶，当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜，引发安全问题，此外如果锂枝晶发生断裂，就会形成“死锂”，造成电池容量损失，因此锂枝晶是阻碍金属锂负极应用的最大障碍。因此，项目制备出了寿命长、稳定性高、充放电容量高、安全性高的金属锂负极材料，并将其应用于高能量密度锂金属电池，这将对新能源行业的快速发展具有重要意义。
本项目希望以技术许可或技术转让的形式进行成果转化。
下载app