7月5日，記者從中國科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所獲悉，該研究所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組，堅持關(guān)鍵材料與工藝技術(shù)研發(fā)為一體，深耕硫化物全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的基礎科學(xué)問(wèn)題和電池規?；苽浼夹g(shù)，取得了一系列突破性新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在《ChemElectroChem》(《化學(xué)電化學(xué)》)期刊，論文第一作者為該研究所高靜，通訊作者為武建飛。
硫化物全固態(tài)鋰離子電池憑借高能量、快速充放電、低溫性能好以及高安全性、長(cháng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)創(chuàng )性地解決了液態(tài)鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問(wèn)題，成為一項顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質(zhì)具有電位窗寬、電壓高，輸率為1(液體為0.5)、傳輸速率快，無(wú)溶媒核、擴散速度快，界面副反應少，高溫下(60℃)不氧化、低溫下不凝固等優(yōu)勢，使硫化物全固態(tài)鋰電池同時(shí)兼有高能量密度和高倍率性能，是電動(dòng)汽車(chē)電源的最佳選擇，世界眾多車(chē)企紛紛投入硫化物全固態(tài)鋰電池的研發(fā)，并發(fā)布了量產(chǎn)計劃。
硫化物全固態(tài)鋰離子電池的關(guān)鍵核心材料是硫化物電解質(zhì)，目前已報道的硫化物電解質(zhì)的室溫離子電導率達到了10-3~10-2 S cm-1，能夠與商品化鋰離子電池所用有機電解液的離子電導率相媲美。多年來(lái)，科研團隊致力于開(kāi)發(fā)高性能硫化物固體電解質(zhì)(《Journal of Alloys and Compounds》;專(zhuān)利202110579229.5)，利用高通量計算方法，開(kāi)發(fā)出高電導率的硫化物固體電解質(zhì)，其室溫離子電導率均達到國際水平。并且已建立硫化物固體電解質(zhì)中試生產(chǎn)線(xiàn)，具備公斤級批量制備能力。
在此基礎上，針對硫化物電解質(zhì)空氣穩定性的研究，該研究團隊近期又取得關(guān)鍵性進(jìn)展，通過(guò)軟酸Sb5+和硬堿O2-對Li10SnP2S12電解質(zhì)進(jìn)行雙摻雜，一方面束縛了S2-從晶格中逃逸，避免生成H2S;另一方面增強了P-S鍵的強度，抑制了電解質(zhì)在高電位下氧化為P2S5和S。在-10℃露點(diǎn)下，空氣穩定性較Li6PS5Cl提高近20倍，從而獲得了兼具高離子電導率、電化學(xué)穩定性和空氣穩定性?xún)?yōu)異的硫化物電解質(zhì)材料。
空氣穩定硫化物電解質(zhì)。圖/高靜 王誠
據介紹，為了突破硫化物全固態(tài)軟包鋰電池工業(yè)化制備的技術(shù)瓶頸，科研團隊自主創(chuàng )新了多項關(guān)鍵技術(shù)：制備出厚度低于20μm的超薄電解質(zhì)膜技術(shù);開(kāi)發(fā)高穩定性電極包覆技術(shù);構建了穩定的電極/電解質(zhì)界面技術(shù);勻漿、涂布、電極成型等技術(shù);成功開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異倍率和低溫性能的軟包電池(10C(6min)倍率下充電，容量達到63.5%，-40℃下放電容量達31%);率先突破全固態(tài)軟包鋰電池循環(huán)壽命差的技術(shù)難點(diǎn)，成功開(kāi)發(fā)出長(cháng)循環(huán)壽命的全固態(tài)軟包鋰電池，循環(huán)850次，容量保持率為94%。
目前，該科研團隊完成了實(shí)驗室技術(shù)制造，已建立一條全固態(tài)軟包電池實(shí)驗室生產(chǎn)線(xiàn)，探索出硫化物全固態(tài)電池生產(chǎn)模式，為推動(dòng)高性能、低成本、大容量、高安全硫化物全固態(tài)軟包電池的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎。
硫化物全固態(tài)鋰電池電化學(xué)性能。圖/高靜 王誠
(責任編輯：韓夢(mèng)晨)
