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有限公司（以下简称“青岛中科源本”）负责人武建飞率团队(tuánduì)开发出兼具高导电率，高耐水性，柔软性好的新型硫化物固体电解质，有望(yǒuwàng)解决全固态电池固-固物理界面(jièmiàn)接触不良的行业瓶颈难题(nántí)。同时，新型高熵锂(lǐ)合金负极也取得重大突破，以此组装(zǔzhuāng)全固态电池在高倍率下可实现一分钟充放电。 据介绍(jùjièshào)，硫化物全固态电池凭借高能量密度、优良的低温性能和本征安全等优势，成为一项颠覆性世界前沿(qiányán)科技。掌握全固态动力电池技术成为各国抢占(qiǎngzhàn)新能源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地位(dìwèi)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倍率循环性能对比(duìbǐ) 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，固体电解质是(shì)全固态电池的核心关键(guānjiàn)材料。青岛中科源本多年专注于研发兼具高离子电导率、高耐水性(nàishuǐxìng)、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(kōngqì)稳定性(wěndìngxìng)较常规的锂磷硫氯固体电解质提高了10余倍，这使得(shǐde)硫化物固体电解质在更高露点温度下也能保持性能稳定，极大降低(jiàngdī)了生产成本。 经检测，该(gāi)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(zhòngyào)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(gènghǎo)，可通过(tōngguò)弯曲和延展灵活(línghuó)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，提升电池倍率性能，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，该电解质对锂稳定性更加出(chū)色，界面副反应(fùfǎnyìng)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(fùjí)材料(cáiliào)的(de)研发方面(fāngmiàn)，团队新开发的金属锂(jīnshǔlǐ)负极在固态电池中表现出超高的倍率性能(xìngnéng)，可实现近一分钟快速充放电，并稳定(wěndìng)循环超过1500次。该负极材料采用多元合金化策略(cèlüè)，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全固态(quángùtài)动力电池产业化制备技术瓶颈(píngjǐng)，并通过对全流程工艺参数的不断(bùduàn)优化，确立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(guónèi)建成10 兆瓦以上(yǐshàng)的量产线。