武漢理工大學材料復合新技術(shù)全國重點實驗室教授/博導徐林認為,固態(tài)電池憑借不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)的電解質(zhì)特性,以及高安全、長循環(huán)、高能量密度的產(chǎn)品優(yōu)勢,成為下一代儲能技術(shù)的核心方向。

ABEC 2025丨第12屆中國(蘇州)電池新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇現(xiàn)場

ABEC 2025丨第12屆中國(蘇州)電池新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇現(xiàn)場

電池百人會-電池網(wǎng) 1111日訊(肖何 江蘇蘇州 圖文直播)11月11-13日,由中關(guān)村新型電池技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟、ABEC組委會主辦,電池網(wǎng)、海融網(wǎng)、我愛電車網(wǎng)、能源財經(jīng)網(wǎng)、電池百人會聯(lián)合主辦的ABEC 2025丨第12屆中國(蘇州)電池新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇在蘇州相城舉行。

本屆論壇以“求新應(yīng)變 重塑價值——中國電池新能源產(chǎn)業(yè)大洗牌周期下的定力與韌性”為主題,匯聚了500+來自全球電池新能源產(chǎn)業(yè)鏈的“政、產(chǎn)、學、研、金、服、用”各界精英代表。與會嘉賓通過多維度思想交鋒與前沿洞察分享,共同探索新周期下的發(fā)展路徑,推動價值對話與資源精準對接,共同擘畫產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的新增長曲線,為全球電池新能源產(chǎn)業(yè)注入可持續(xù)的發(fā)展動能。

武漢理工大學材料復合新技術(shù)國家重點實驗室教授/博導徐林

武漢理工大學材料復合新技術(shù)全國重點實驗室教授/博導徐林

11日上午,武漢理工大學材料復合新技術(shù)全國重點實驗室教授/博導徐林在論壇上作了題為《聚合物基固態(tài)電解質(zhì)與固態(tài)電池的關(guān)鍵技術(shù)》的主題演講,分享了固態(tài)電池的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)、有機無機復合固態(tài)電解質(zhì)、阻燃電解質(zhì)產(chǎn)業(yè)化進程等,電池網(wǎng)摘選了其部分精彩觀點,以饗讀者:

徐林在論壇現(xiàn)場分析,電動汽車、智能電網(wǎng)、下一代移動終端、生物探測、尖端國防設(shè)備等多個領(lǐng)域?qū)Ω咝阅軆δ芷骷兄卮笮枨?,?yīng)用的追求目標是為了高能量密度、高安全性、長壽命。而固態(tài)電池憑借不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)的電解質(zhì)特性,以及高安全、長循環(huán)、高能量密度的產(chǎn)品優(yōu)勢,成為下一代儲能技術(shù)的核心方向。

“目前,國內(nèi)外有非常多的機構(gòu)研究和開發(fā)固態(tài)電池,其中包括高校和科研院所以及企業(yè),研究方向也是各有側(cè)重的。一些高校和科研院所,主要在固態(tài)電解質(zhì)新機理的發(fā)現(xiàn)以及新材料的發(fā)現(xiàn),企業(yè)則更多關(guān)注固態(tài)電池電芯技術(shù)和工程化應(yīng)用的突破?!毙炝直硎?,目前產(chǎn)業(yè)化程度較高的多為半固態(tài)或準固態(tài)體系,全固態(tài)電池雖處于研發(fā)階段,但已有多家機構(gòu)取得重要進展。

但與此同時,固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展依然面臨著離子輸運和界面穩(wěn)定性的關(guān)鍵科學問題。

徐林指出,“無論是無機固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸差、空氣中不穩(wěn)定,還是聚合物固態(tài)電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性差、離子電導率低,固態(tài)電池賽道的核心研究挑戰(zhàn)主要集中在兩點:一是電極與電解質(zhì)界面不穩(wěn)定,易引發(fā)鋰枝晶;二是電解質(zhì)緩慢的離子傳輸。”

據(jù)徐林介紹,其團隊主要聚焦聚合物固態(tài)電解質(zhì),雖然聚合物擁有較高的安全性、較好的電極兼容性,以及較高的可加工性,但也依然面臨離子傳輸能力較差,電極-電解質(zhì)界面化學穩(wěn)定性差的挑戰(zhàn)。

以聚碳酸酯基電解質(zhì)為例,徐林進一步介紹稱,該材料面臨界面化學不穩(wěn)定、易界面分解的核心難題,在研究過程中,其團隊提出了側(cè)鏈錨定的聚碳酸酯基聚合物固態(tài)電解質(zhì)的解決策略:基于側(cè)鏈錨定的電解質(zhì)設(shè)計思路,借助側(cè)鏈對主鏈易降解官能團的化學保護,增強固態(tài)電池的界面穩(wěn)定性。

實驗數(shù)據(jù)顯示,使用側(cè)鏈錨定型聚合物電解質(zhì)組裝的固態(tài)鋰金屬電池在960次穩(wěn)定循環(huán)后仍保持高達80.0%的容量保持率;組裝的三元8系/鋰金屬軟包電池能夠在0.5 C室溫條件下穩(wěn)定循環(huán),容量保持率為86.8%。

此外,針對有機無機復合固態(tài)電解質(zhì)有機相和無機相的兼容性問題,徐林團隊提出了分子尺度有機無機復合固態(tài)電解質(zhì)概念,通過制備超細納米線(直徑<1nm,長度>500nm)和使用混合溶劑策略,使納米線在聚合物中實現(xiàn)單分散,構(gòu)建分布均勻且連續(xù)的有機-無機三維鋰離子傳輸網(wǎng)絡(luò)。超細納米線的引入又使復合固態(tài)電解質(zhì)膜的結(jié)晶度降低,增強分子鏈段運動。這樣,鋰鹽得到充分解離,釋放更多自由鋰離子, 利于鋰離子傳輸和界面穩(wěn)定。

這種復合固態(tài)電解質(zhì)可以讓LFP | CPCSE | Li固態(tài)電池在0.5C下循環(huán)1000圈容量保持率為87.7%,在1C下循環(huán)700圈容量保持率為80.7%;讓NCM | CPCSE | Li固態(tài)電池在0.5C下循環(huán)250圈容量保持率為93.7%。

針對阻燃電解質(zhì)界面化學不穩(wěn)定的核心難題,徐林團隊制備了一種不含活性氫的全阻燃電解質(zhì)。新型全阻燃型電解質(zhì)通過甲基化分子設(shè)計取代腈類添加劑中的活潑α-H,實現(xiàn)了電極電解質(zhì)界面優(yōu)異的還原穩(wěn)定性。實驗顯示,鋰金屬浸入阻燃電解質(zhì)中靜置90天,鋰金屬表面和溶液的顏色均沒有明顯的變化。從作用機制來看,腈類化合物改變了Li+的局部環(huán)境,增加DMMN含量可以促進鋰鹽的解離,提高Li+的遷移數(shù)和離子導電性;XPS和TOF-SIMS揭示了無機物質(zhì)(例如LiF)與柔性有機成分共同形成了堅固而有彈性的界面保護層。

通過阻燃測試和電池性能測試,新型電解質(zhì)展現(xiàn)出優(yōu)異的阻燃性能:在2.0C下,LiFePO‖ Li電池循環(huán)超過750次,容量保持率高達99.9%;NCM811 ‖ Li電池具有高容量保持率和倍率性能,電壓至4.5V時,仍表現(xiàn)出良好性能。

在產(chǎn)業(yè)化進程方面,徐林表示,其團隊已搭建起完善的研發(fā)轉(zhuǎn)化平臺,中豫飛馬新材料技術(shù)創(chuàng)新中心擁有全程1‰干燥房的固態(tài)電池中試組裝線,具備軟包電池及4680圓柱電池制造能力;湖北隆中實驗室配備電池實驗室以及電極材料、軟包電池中試線,電池熱安全全套檢測實驗室。

基于這些平臺,徐林團隊也開發(fā)了適用于不同場景的系列儲能產(chǎn)品。

最后,關(guān)于固態(tài)電池的未來發(fā)展,徐林談了自己的四點看法:

理性看領(lǐng)域,堅持深探索:辯證看待固態(tài)電池的優(yōu)勢與難關(guān),不夸大亦不抵制,同時明確有必要持續(xù)推進固態(tài)電池研究工作。

客觀評體系,多路線并行:聚合物、氧化物、硫化物三大電池體系無絕對優(yōu)劣,均具備發(fā)展?jié)摿εc待解問題,都值得投入研究。

兼顧性能與基礎(chǔ),突破科學瓶頸:追求固態(tài)電池性能的同時,需重視基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新,聚焦從0到1的科學突破,系統(tǒng)性解決核心科學問題。

明確方向抓機遇,拓展應(yīng)用空間:應(yīng)將高安全、高電導率的復合固態(tài)電解質(zhì)作為核心發(fā)展方向,其不僅能為新型正負極材料提供更廣闊的應(yīng)用空間,還能為電池構(gòu)型創(chuàng)新提供更多選擇。

(以上觀點根據(jù)論壇現(xiàn)場速記整理,未經(jīng)發(fā)言者本人審閱。)

ABEC 2025

[責任編輯:趙卓然]

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