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，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(xīnnéngyuán)有限公司（以下简称“青岛中科源本”）负责人武建飞率(fēilǜ)团队开发出兼具高导电(dǎodiàn)率，高耐水性，柔软性好的新型硫化物固(gù)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(hángyè)瓶颈难题。同时，新型高熵锂合金负极也取得重大突破(zhòngdàtūpò)，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(diànchí)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(yīxiàng)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汽车领域(lǐngyù)制高点的重要关口，更是持续保持我国新能源汽车强国地位的关键一战。 图1 新型硫化物固体电解质结构及全固态电池(diànchí)倍率循环性能对比 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，固体电解质(diànjiězhì)是(shì)全固态电池的核心(héxīn)关键材料。青岛中科源本多年专注于研发兼具高(gāo)离子电导率、高耐水性、良好柔韧性的硫化物(liúhuàwù)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(lùdiǎn)温度下也能保持性能(xìngnéng)稳定，极大降低了生产成本。 经检测，该固体(gùtǐ)电解质室温(shìwēn)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。更加重要的是，该电解质在保持高离子电导率和高耐水性的同时(tóngshí)柔韧性和延展性更好，可通过弯曲和延展灵活适应电池(diànchí)形状和体积变化。这种固体电解质更有利于与电极材料贴合，可显著降低电池内部电阻，提升(tíshēng)电池倍率性能，即使反复充放电也不易(bùyì)产生龟裂(jūnliè)，因此可以(kěyǐ)有效抑制电池性能的劣化(lièhuà)（图1）。此外，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。 在负极材料的研发方面，团队新开发的金属锂(jīnshǔlǐ)负极在固态电(diàn)池中表现出(chū)(chū)超高的倍率性能，可实现近一分钟(yìfēnzhōng)快速充放电，并稳定循环超过(chāoguò)1500次。该负极材料采用多元合金(héjīn)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，有望开发出具有超高能量密度的全固态电池产品。 据悉，团队已经打通了硫化物(liúhuàwù)全固态(quángùtài)动力电池产业化制备技术瓶颈，并通过对全流程工艺参数(cānshù)的不断优化(yōuhuà)，确立了从材料(cáiliào)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。