高被引科学家丨埋头苦干，敢于创新，潜心研究固态电池——崔光磊

学者名片

崔光磊，研究员，博士生导师，国家新能源汽车专项高比能固态锂电池技术项目首席科学家，国家级人才，国家杰出青年科学基金获得者，国务院特殊津贴专家。中科院青岛能源所学位委员会主任、学术委员会副主任，青岛储能产业技术研究院执行院长、能源应用技术研究室主任，国际聚合物电解质委员会理事、国际储能创新联盟理事、中国化学会电化学委员会委员、中国化学会能源化学专业委员会委员、中国化学会有机固体专业委员会委员等。

研究成果介绍

背景介绍

高电压锂金属电池（LMBs）被认为是一种充满潜力的储能电池体系，可以将锂电池的质量能量密度提高到400 Wh/kg及以上，以进一步满足移动智能电子设备和新能源汽车等快速发展的迫切需要。然而高电压LMBs的实际应用在很大程度上会受到正、负极界面稳定性以及安全性的限制。传统液态碳酸酯类电解质与锂金属相容性差、易燃、易挥发、且与高电压正极兼容性差容易发生电化学氧化分解，极大限制了其进一步应用。而已经报道的聚合物电解质也或多或少会受到电化学稳定窗口窄以及室温离子电导率低的限制。因此，开发一种兼具宽电化学稳定窗口、高离子电导率、高安全特性和优异界面相容性的固态聚合物电解质对于助推高电压和高安全LMBs的发展，意义重大。

主要内容

针对高性能聚合物电解质的研究，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员课题组设计并制备出一种由室温深共晶电解质 (SN/LiTFSI/LiDFOB)和氰乙基纤维素组成的共晶凝胶准固态聚合物电解质。研究结果表明：该聚合物电解质具有高达4.8 V的电化学窗口，优良的锂沉积/剥离性能，实现了4.45 V钴酸锂/锂金属电池的稳定循环，同时还可应用于其他锂金属电池（如锰酸锂/锂金属电池、高镍9系NCM/锂金属电池），具有较好的普适性。同时其它纤维素衍生物，也可采用相似工艺，制备出共晶凝胶准固态聚合物电解质，并展示出较好的电化学性能。

图文解读

图1：分子轨道能量和结构表征。(A) 碳酸酯电解液和氰乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质的HOMO和LUMO能级计算。(B) SN、LiTFSI和DEE的数码照片。(C) SN、LiTFSI和DEE的静电势 (ESPs)。(D) 基于理论计算的SN和LiTFSI的分子构型。(E) 氰乙基纤维素粉。(F) 氰乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质的数码照片。

图2：锂金属负极的形态和界面。(A，B) 碳酸酯电解液和 (C，D) 基于氰乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质组装的4.45 V LiCoO2/Li金属电池循环后锂金属负极的扫描电镜。基于碳酸酯电解液组装的4.45 V LiCoO2/Li金属电池循环后锂负极的XPS谱：(E) C 1s、(F) P 2p、(G) F 1s、(H) Co 2p。基于氰乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质组装的4.45 V LiCoO2/Li金属电池循环后锂负极的XPS谱：(I) N 1s、(J) B 1s、(K) F 1s、(L) S 2p。

图3：纤维素来源数码照片：(A) 棉花、(B) 竹子、(C)玉米、(D)木材。(F) 甲基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质和 (G) 乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质的数码照片。(F)纤维素衍生物的结构式。(H) 使用所获得的甲基纤维素基共晶凝胶准固态聚合物电解质组装的的LiMn2O4/Li金属电池在室温下的充放电曲线。(I) 基于纤维素衍生物的共晶凝胶准固态聚合物电解质的设计概念示意图。(J) 乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质组装的LiMn2O4/Li金属电池的循环性能。

图4：该氰乙基纤维素共晶凝胶准固态聚合物电解质在正负极界面的作用示意图（TOC）。

崔光磊介绍

“做事先做人，万事勤为先”——崔光磊

工作教育经历

崔光磊，2005年于中国科学院化学所获得有机化学博士学位，2005年9月至2009年先后在德国马普协会高分子所和固态所从事博士后研究。2009年2月以研究员到中科院青岛生物能源与过程所工作。现任中科院青岛能源所学位委员会主任、学术委员会副主任，青岛储能产业技术研究院执行院长、能源应用技术研究室主任，国际聚合物电解质委员会理事、国际储能创新联盟理事、中国化学会电化学委员会委员、中国化学会能源化学专业委员会委员、中国化学会有机固体专业委员会委员等。

研究领域

高比能固态锂电池、高功率锂电池/锂离子电容器、下一代低成本储能器件（锌离子电池、镁离子电池等）等以及钙钛矿太阳能电池核心关键材料、器件、系统及应用。

研究成果

先后在能源材料、化学、器件等方面的国际权威杂志Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Environ. Energy Science、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Sci.等发表文章260多篇，他引20000余次，H指数80，获得2022年科睿唯安“全球高被引科学家”称号（跨学科领域），申请国家专利190余项，授权80余项，申请PCT专利6项，出版《动力锂电池中的聚合物材料》一部。

近期代表作

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