新型硫化物固体电解质成功开发

大众网记者 海康 青岛(qīngdǎo)报道 近日(jìnrì)，记者从中国科学院青岛能源所获悉，该所研究员、青岛中科源本新能源有限公司（以下(yǐxià)简称“青岛中科源本”）负责人武建飞率(lǜ)团队开发出兼具高导电率，高耐水性，柔软性(róuruǎnxìng)好的新型硫化物固体电解质，有望解决全固态电池固-固物理界面接触不良的行业瓶颈难题。同时(tóngshí)，新型高熵锂(lǐ)合金负极也取得重大突破，以此组装全固态电池在高倍率下可实现一分钟充放电。 据介绍，硫化物全固态电池凭借高能量密度、优良的(de)低温性能和本征安全等优势，成为一项颠覆性世界前沿科技。掌握全固态动力电池技术成为各国抢占新能源(xīnnéngyuán)汽车领域制高点的重要关口，更是持续保持我国新能源汽车强国(qiángguó)地位的关键(guānjiàn)一战。 图1 新型硫化物固体电解质结构及全固态电池倍率循环性能(xìngnéng)对比 图2 合金负极硫化物固体电解质倍率及(jí)循环性能 武建飞介绍，固(gù)体(gùtǐ)电解质(diànjiězhì)是全固态电池(diànchí)的核心(héxīn)关键材料。青岛(qīngdǎo)中科源本多年专注于研发兼具高离子电导率、高耐水性、良好柔韧性的硫化物固体电解质，以期攻克全固态电池固-固界面物理接触不良这一核心瓶颈难题。近期，通过对硫化物固体电解质的化学改性，其空气稳定性较常规的锂磷硫氯固体电解质提高了10余倍，这使得硫化物固体电解质在更高露点温度下也(yě)能保持性能稳定，极大降低了生产成本。 经检测，该固体电解质室温离子电导率达10-3~10-2西门子每米，与液态锂电电解液水平相当。更加重要的(de)是，该电解质在(zài)保持高离子电导率和高耐水性的同时柔韧性和延展性更好，可通过(tōngguò)弯曲(wānqū)和延展灵活适应电池形状和体积变化。这种(zhèzhǒng)固体电解质更有利于与电极材料(cáiliào)贴合，可显著降低电池内部电阻，提升(tíshēng)电池倍率性能(xìngnéng)，即使反复充放电也不易产生龟裂，因此可以有效抑制电池性能的劣化（图1）。此外(cǐwài)，该电解质对锂稳定性更加出色，界面副反应减少，可显著提高电池的循环寿命。由此，该固体电解质可以降低电池的制备加工难度，并可促进电池发挥出更好的性能。 在(zài)负极(fùjí)材料的研发方面(fāngmiàn)，团队新开发的金属锂负极在固态电池中(zhōng)表现出超高的倍率性能，可实现近一分钟快速充放电，并稳定循环超过1500次。该负极材料采用多元合金化策略，通过构筑高熵合金，利用多种元素的协同耦合作用提高了(le)金属锂负极的化学和电化学(diànhuàxué)稳定性，从而有效抑制锂枝晶的生长，同时一体化的合金载体能够为金属锂的沉积提供(tígōng)高效迁移路径，提高了负极电化学反应活性，使金属锂负极即使在大电流反复充放电过程中依然保持稳定。采用锂合金负极，有望开发出具有(jùyǒu)超高能量密度的全固态电池产品。 据悉，团队已经打通(dǎtōng)了硫化物全固态(quángùtài)动力电池产业化制备技术瓶颈，并(bìng)通过对全流程工艺参数的不断优化，确立(quèlì)了从材料制备改性到电池生产的连续化方案，已具备量产技术。青岛中科源本(yuánběn)计划于今年8月份推出硫化物全固态动力电池试制样品，并尽快有机切换到量产技术，力争率先在国内建成10 兆瓦以上的量产线。