多酸基离子导体材料

All-solid-state lithium battery is expected to solve the two major challenges currently plagued the battery industry - security risks and low energy density. Solid electrolyte is the core component of all solid-state lithium battery, whose progress directly affects the industrialization development of all-solid-state lithium battery. This work intends to study on polymer solid electrolytes with polyoxometalate (POM) as ion source. The POM ion source was uniformly loaded on the MOF/COF material to prepare POM-based polymer solid electrolyte by combining the POM compound containing polyanion and MOF/COF forming membrane easily to study their conducting properties. Through the structural characterization and ionic conductivity data to establish a theoretical calculation model to study their ion transfer mechanism. Further preparation of film-like material assemble into an all-solid-state battery. While exploring new methods for synthesizing highly efficient ion conductor materials, attention is paid to the regulation of the structure and properties of the solid electrolyte. This project will explore the composition of different POMs, the type of MOF/COF, the shape and size of pores, and test conditions on the influence of performance. It is expected that the solid POM-based ion conductor material with high ionic conductivity, good stability and easy process could be obtained. It provides theoretical and experimental basis for the study and development of POM as the ion conductive material of all-solid battery.

全固态锂电池有望解决目前困扰动力电池行业的两大“挑战”——安全隐患和能量密度偏低问题。固体电解质是全固态锂电池的核心部件，其进展直接影响全固态锂电池产业化的进程。本课题拟开展多酸作为离子源的聚合物固态电解质的研究，利用含有多阳离子的多酸化合物与易成膜的MOF或COF结合，将多酸离子源均匀负载在MOF/COF材料制备多酸基聚合物固态电解质，研究这些材料离子导电性能。通过结构表征和离子导电性能数据，来建立理论计算模型研究离子传递机理。进一步制备出膜状材料，组装成全固态电池。在探索合成高效的离子导体材料新方法的同时，注重调控固态电解质结构和性能。本项目将探讨不同的多酸的组成、MOF/COF的类型、孔道的形状和尺寸、以及测试条件对性能的影响，期望得到离子导电率高、稳定性好、易加工的固态多酸基离子导体材料。为多酸作为全固态电池的离子导电材料的研制和开发提供理论和实验依据。

全固态锂电池有望解决目前困扰动力电池行业的两大“挑战”——安全隐患和能量密度偏低问题。固体电解质是全固态锂电池的核心部件，其进展直接影响全固态锂电池产业化的进程。本项目研究的核心思路是将开展多酸作为离子源的聚合物固态电解质的研究，利用含有多阳离子的多酸化合物与易成膜的MOFs/COFs 结合，将多酸离子源均匀负载在MOFs/COFs 材料制备多酸基聚合物固态电解质，研究这些材料离子导电性能。并且通过结构表征和离子导电性能数据，来建立理论计算模型研究离子传递机理。进一步制备出膜状材料，组装成全固态电池。在研究过程中，我们发现金属氧簇基离子导体材料的离子传导机理等还研究尚浅，我们借助金属氧簇基质子导体材料的性能和机理来进一步加强对离子导体材料的传导机制的理解。因此我们设计合成了一系列的金属氧簇基质子导体材料。进一步多新型电池的设计研究也开展了工作，尤其是锂硫电池隔膜和粘结剂的研究。在探索合成高效的离子导体和质子导体材料新方法的同时，注重调控固态电解质、质子交换膜和锂硫电池隔膜的结构和性能。为多酸作为电池相关材料的研制和开发提供理论和实验依据。我们承担项目以来，围绕多金属氧簇基复合材料在能源领域的应用探索进行了系列研究。尤其是金属氧簇基离子导体材料、金属氧簇基质子导体材料和锂硫电池隔膜和粘结剂方面取得了较为突出的成果。发表标注项目号高水平研究论文41篇，通讯作者论文11篇，包括：Angewandte Chemie International Edition、Advanced Functional Materials、ACS Catalysis、Energy Storage Materials和Coordination Chemistry Reviews等。申请专利4项，授权专利2项。