金属有机框架/聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯凝胶电解质的辐射合成及其锂金属电池性能研究OA
Radiation synthesis of metal-organic frameworks/poly(dimethylaminoethyl methacrylate)gel electrolytes and the performance in lithium metal batteries
金属有机框架(MOFs)材料作为晶态纳米孔材料,在能源、分离等领域具有广阔前景.本研究以甲基丙烯酸二甲氨基乙酯为聚合单体,聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,1 mol/L LiTFSI商业电解液为溶剂,MOFs材料UiO-66为添加剂,采用γ射线辐射法合成了UiO/PDME-Li复合凝胶电解质.该复合凝胶电解质的离子电导率可达(4.65±0.10)mS/cm,并具备良好的机械性能(最大压缩应变、最大压缩应力和压缩模量分别为(60.9±1.2)%,(63.0±7.0)kPa,(0.180±0.002)kPa).添加仅0.1%的UiO-66即可使UiO/PDME-Li电解质的锂离子迁移数提升至0.59.基于该凝胶电解质组装的Li‖LiFePO4锂金属电池在0.5 C倍率下循环200次后,放电比容量仍保持在129 mAh/g,容量保持率达95.5%.此外,采用辐射引发原位制备的Li4Ti5O12‖UiO/PDME-Li‖LiFePO4软包电池循环150次后容量保持率可达77.3%.搭载该电解质的Li‖LiFePO4软包电池在经历100次180°弯折及50%面积的剪切破坏后,仍可维持正常工作并驱动LED灯泡发光,表现出优异的安全性能.
Metal-organic frameworks(MOFs),as crystalline nanoporous materials,have great potential for applications in energy and separation fields.Herein,a UiO/PDME-Li composite gel electrolyte was synthesized via γ-ray radiation using dimethylaminoethyl methacrylate as the monomer,polyethylene glycol dimethacrylate as the crosslinker in the 1 mol/L LiTFSI commercial electrolyte,and the MOF material UiO-66 as an additive.The resultant composite gel electrolyte achieved an ionic conductivity of(4.65±0.10)mS/cm and exhibited good mechanical properties,with maximum compressive strain,maximum compressive stress,and compressive modulus of(60.9±1.2)%,(63.0±7.0)kPa,and(0.180±0.002)kPa,respectively.The addition of only 0.1%UiO-66 increased the Li+transference number of the electrolyte to 0.59.A Li ‖ LiFePO4 lithium metal battery assembled with the composite gel electrolyte retained a discharge specific capacity of 129 mAh/g after 200 cycles at 0.5 C,corresponding to a capacity retention rate of 95.5%.Furthermore,a pouch battery of Li4Ti5O12 ‖ UiO/PDME-Li ‖LiFePO4 fabricated via radiation-induced in-situ preparation maintained a capacity retention rate of 77.3%after 150 cycles.The Li ‖ LiFePO4 pouch battery containing the UiO/PDME-Li electrolyte continued to work normally and powered an LED bulb even after undergoing 100 cycles of 180° bending and shear damage over 50%of its area,demonstrating excellent safety performance.
谢明澍;李久强;彭静;翟茂林
北京大学化学与分子工程学院 北京分子科学国家研究中心 放射化学与辐射化学重点学科实验室 北京 100871||紫金矿业集团股份有限公司 厦门紫金新能源新材料科技有限公司 厦门 361101北京大学化学与分子工程学院 北京分子科学国家研究中心 放射化学与辐射化学重点学科实验室 北京 100871北京大学化学与分子工程学院 北京分子科学国家研究中心 放射化学与辐射化学重点学科实验室 北京 100871北京大学化学与分子工程学院 北京分子科学国家研究中心 放射化学与辐射化学重点学科实验室 北京 100871
能源科技
金属有机框架凝胶电解质γ射线辐射合成锂金属电池
Metal organic frameworksGel electrolyteγ-ray radiation synthesisLithium metal battery
《辐射研究与辐射工艺学报》 2026 (2)
58-72,15
国家自然科学基金(12375336)资助 Supported by National Natural Science Foundation of China(12375336)
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