圖/上海交通大學
據(jù)上海交通大學消息，近日，上海交通大學機械與動力工程學院智能汽車研究所張希教授團隊在國際期刊Electrochemical Energy Reviews（IF 31.30）上發(fā)表題為“Li–solid electrolyte interfaces/interphases in all-solid-state Li batteries”的封面文章，詳細報告了國際全固態(tài)電池固-固界面研究現(xiàn)狀與核心問題，以及團隊在該方向上取得的重要進展。智能汽車研究所賈理男博士和化學化工學院朱金輝博士為論文共同第一作者，張希教授為通訊作者。
現(xiàn)有的新能源汽車動力電池（磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池）采用有機電解液，能量密度已達到理論上限，無法滿足里程提升需求，且存在起火爆炸等重大安全隱患。全固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)取代現(xiàn)有鋰電池中的有機電解液和隔膜，可從根本上解決鋰電池安全問題，同時采用超薄固態(tài)電解質(zhì)，并匹配高比容量電極材料，可使搭載該電池的電動汽車續(xù)航里程超過1200公里。日本、韓國、美國和歐盟等相繼提出2030年前突破全固態(tài)電池量產(chǎn)技術，實現(xiàn)對我國動力電池技術和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的換道超車。因此，加快推進我國對全固態(tài)電池的核心技術突破及規(guī)模應用，搶占全球新能源產(chǎn)業(yè)先機，建立我國全固態(tài)電池技術和產(chǎn)業(yè)“護城河”，已經(jīng)刻不容緩。
然而，全固態(tài)電池中負極/固態(tài)電解質(zhì)的固-固界面存在物理接觸不良（阻抗偏大）、副反應和鋰枝晶形成等技術難題，極大制約了全固態(tài)電池產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化進程。張希教授團隊針對以上問題，提出了一系列適用于包括硫化物、氧化物、聚合物和鹵化物四種全固態(tài)電池體系負極界面穩(wěn)定性改善策略，具體包括三個方面。一是多層固態(tài)電解質(zhì)：提出設計合理的多層固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構，以同時承受負極界面的還原反應和正極界面的氧化反應。這種垂直異質(zhì)結(jié)構設計為全固態(tài)電池界面工程研究提供了可靠的參考。二是嵌入SEI中間層：在鋰負極與固態(tài)電解質(zhì)之間嵌入SEI中間層被證明是一種改善負極界面性能的有效策略。為應對高電流密度下電池實際容量問題，團隊提出采用具有優(yōu)異離子和電子輸運性能的三維多孔支架材料。三是高容量鋰合金負極：相比于金屬鋰負極，鋰合金負極在固態(tài)電解質(zhì)中的穩(wěn)定性更高，體積變化效應也更容易解決，團隊提出將Li-Si合金作為全固態(tài)電池負極的有效候選者。
通過長期的技術積累與實踐創(chuàng)新，張希教授團隊在硫化物全固態(tài)電池研究領域取得了顯著進展，通過鋰金屬負極的改性工程、固態(tài)電解質(zhì)體系的優(yōu)化設計以及正極活性物質(zhì)的包覆工藝探索，取得了達到國際領先水平的成果：硫化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率超過17mS·cm-1；全固態(tài)電池的充放電循環(huán)壽命超過5000次，容量保持率超過80%，面容量達25 mAh·cm-2；全固態(tài)電池能量密度已超過400Wh/kg，為磷酸鐵鋰電池的兩倍多。
此外，為推動科技成果轉(zhuǎn)化，張希教授團隊在前期全固態(tài)電池基礎研究形成重要突破的基礎上，成立了上海屹鋰新能源科技有限公司，并成功入選專精特新企業(yè)，致力于高安全、高能量密度全固態(tài)電池及核心材料的產(chǎn)品研發(fā)與規(guī)模生產(chǎn)。企業(yè)獲得世界自然基金會“氣候創(chuàng)行者”榮譽稱號，研發(fā)的高安全硫化物全固態(tài)軟包電芯產(chǎn)品，入選“上海十大綠色低碳創(chuàng)新技術產(chǎn)品”，已與數(shù)家知名整車企業(yè)形成了全方位戰(zhàn)略合作。目前已申請知識產(chǎn)權超百項，其中發(fā)明專利80余項，PCT國際專利4項，并通過了我國首個硫化物全固態(tài)電池ISO9001產(chǎn)品質(zhì)量體系認證，同時由中國電子學會支持牽頭起草發(fā)布了我國首個硫化物全固態(tài)電池團體標準。
在這樣的背景下，6月28日-29日，由中關村新型電池技術創(chuàng)新聯(lián)盟、電池百人會、蘇州市新時代工商管理企業(yè)家聯(lián)合會新能源專委會主辦的2024固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈企業(yè)家峰會將于江蘇省蘇州市相城區(qū)蘇州國際會議酒店舉行。屆時，將有來自海內(nèi)外固態(tài)電池新能源上中下游全產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)家、專家、主流媒體等出席盛會，匯聚全球產(chǎn)學研金用等各界力量，共同探討固態(tài)電池技術的最新進展、面臨的挑戰(zhàn)、解決方案及未來的發(fā)展趨勢，為加速固態(tài)電池技術的創(chuàng)新突破、推動其商業(yè)化進程搭建起深度溝通、合作的橋梁和紐帶，助力全球能源轉(zhuǎn)型和綠色經(jīng)濟發(fā)展。
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