新型硫化物固体电解质成功开发

大众网记者 海康(hǎikāng) 青岛报道 近日，记者从中国科学院青岛能源所获悉(huòxī)，该所研究员、青岛中科(zhōngkē)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开发(kāifā)出兼具高导电率，高耐水性，柔软性好的新型硫化物(liúhuàwù)固体电解质，有望解决(jiějué)全固态电池固-固物理界面接触不良的行业瓶颈难题。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，硫化物全固态电池凭借高能量(gāonéngliàng)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科技。掌握全固态动力电池技术成为各国(gèguó)抢占新能源汽车领域制高点的重要关口，更是(gèngshì)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(liúhuàwù)固体电解质结构及全固态电池倍率循环性能对比 图2 合金负极硫化物固体电解质倍率及循环性能(xìngnéng) 武建飞介绍，固体电解质(diànjiězhì)是全固态电池的(de)核心关键材料。青岛中科源本多年专注于研发兼具(jiānjù)高离子电导率、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(yúbèi)，这使得硫化物固体电解质在更高露点温度下(xià)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(diànjiězhì)室温离子(lízi)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，该电解质在保持高离子电导率和高耐水性(nàishuǐxìng)的同时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，提升电池倍率性能，即使反复充放电(chōngfàngdiàn)也不易(bùyì)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(bìng)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(kāifā)的金属锂(jīnshǔlǐ)负极在固态(gùtài)电池中表现出超高(chāogāo)(gāo)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(tígāo)了(le)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(mìdù)的全固态电池产品。 据悉，团队已经打通了硫化物全固态动力电池(dònglìdiànchí)产业化制备技术瓶颈，并通过对全流程工艺参数的(de)不断优化，确立了从材料制备改性到电池生产(shēngchǎn)的连续化方案，已具备量产(liàngchǎn)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(jǐnkuài)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。