近日，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(xué)化工學(xué)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(shù)，實現(xiàn)對我國動力電池技術(shù)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(shù)突破及規(guī)模應(yīng)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(shù)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(yīng)和鋰枝晶形成等技術(shù)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：（1）多層固態(tài)電解質(zhì)：提出設(shè)計合理的多層固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)，以同時承受負極界面的還原反應(yīng)和正極界面的氧化反應(yīng)。這種垂直異質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計為全固態(tài)電池界面工程研究提供了可靠的參考。（2）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(yīng)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。（3）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(yīng)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(shù)積累與實踐創(chuàng)新，團隊在硫化物全固態(tài)電池研究領(lǐng)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(shè)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(lǐng)先水平的成果：硫化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)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(chǔ)研究形成重要突破的基礎(chǔ)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(shù)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(quán)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(xué)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。
張希教授團隊的研究成果為全固態(tài)電池的固-固界面優(yōu)化提供了新的思路，并已在全固態(tài)電池的實際產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。當(dāng)前，業(yè)界已公認全固態(tài)電池的規(guī)模化應(yīng)用將極大助力我國雙碳目標的實現(xiàn)，帶來經(jīng)濟和社會效益，同時可加速我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，推動新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展，為能源安全和可持續(xù)發(fā)展提供科技支撐，進一步增強我國在全球新能源領(lǐng)域的競爭力。
原文鏈接：https:// doi.org/10.1007/s41918-024-00212-1
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