電子愛(ài)好者網(wǎng)報(bào)道(文章 / 在當(dāng)今能源儲(chǔ)存領(lǐng)域，黃山明全固態(tài)電池技術(shù)正成為全球研究人員關(guān)注的焦點(diǎn)。全固態(tài)電池作為一種有望替代傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池的新型電池技術(shù)，由于其安全性更高、能量密度更高、適用性更廣，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。近?lái)，中國(guó)科學(xué)研究小組在全固態(tài)電池技術(shù)方面取得了兩大進(jìn)展，為該領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展帶來(lái)了新的希望和機(jī)遇。

玻璃電解質(zhì)的創(chuàng)新：開(kāi)拓新路徑

近日，北京大學(xué)深圳研究生院潘鋒 / 長(zhǎng)期以來(lái)，楊盧奕一直致力于研究全固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵材料。在此之前，團(tuán)隊(duì) 2016-2019 “材料基因工程研發(fā)全固態(tài)鋰電池及關(guān)鍵材料”的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)重點(diǎn)已成功完成。

在此期間，他們創(chuàng)建了納米浸泡在固體鋰電池界面（Nano-wetting）新方法還揭示了固態(tài)鋰電池臨界電流短路的原因是鋰枝晶在晶體世界中瞬間生長(zhǎng)的機(jī)制。這些早期成果為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

這一發(fā)現(xiàn)，具有“一維材料”結(jié)構(gòu)類型的氟化物有望實(shí)現(xiàn)鋰離子的快速傳輸。這些材料在一維方向有離子鍵連接，但在另外兩個(gè)方向沒(méi)有離子鍵連接，類似于石墨烯的結(jié)構(gòu)。

基于這一發(fā)現(xiàn)，團(tuán)隊(duì)利用了具有類無(wú)機(jī)聚合物鏈狀結(jié)構(gòu)的一維 ZrCl4 基質(zhì)，完成多種鋰鹽(例如 LiCl、Li2SO4 和 Li3PO4)解離，制備了一系列玻璃氟化物電解質(zhì)。

采用差示掃描量熱法（DSC）、原子對(duì)分布函數(shù)（PDF）、固體核磁（ssNMR）、聚焦離子束 - 透射電鏡（FIB-TEM）其他表征手段，驗(yàn)證了電解質(zhì)的玻璃狀特性，并結(jié)合分子動(dòng)力模擬。（MD）獨(dú)特的離子傳輸模式得到了驗(yàn)證。

具體而言，解離 Li 與 [ ZrCl6 ] 八面體配位并遵循 ZrCl4 鏈條傳遞迅速，表現(xiàn)出與高聚物相似的離子傳遞。與此同時(shí)，ZrCl4 路易斯酸性能捕捉陽(yáng)離子，從而實(shí)現(xiàn)接近陽(yáng)離子。 1 高鋰離子轉(zhuǎn)移數(shù)。

這一新型玻璃電解質(zhì)在性能上表現(xiàn)出色。ZrCl4l1/3Li3PO4@ 電解質(zhì)顯示高離子電導(dǎo)率(1.2)mS/cm）、可實(shí)現(xiàn)寬電化學(xué)窗口和低成本， LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2||Li-In 長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)電池。

另外，這一設(shè)計(jì)策略還可以擴(kuò)展到鈉離子導(dǎo)體的合成、制備 ZrCl41/3Na3PO4 具有 0.3 mS/cm 高離子電導(dǎo)率。這一結(jié)果不僅為全固態(tài)電池電解質(zhì)的設(shè)計(jì)提供了新的思路，也為開(kāi)發(fā)高性能全固態(tài)電池開(kāi)辟了新的途徑。

故障系統(tǒng)揭示：指導(dǎo)電池設(shè)計(jì)方向

與此同時(shí)，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心的王春陽(yáng)研究員聯(lián)合國(guó)際團(tuán)隊(duì)，在全固態(tài)電池研究方面取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。他們專注于阻礙其商業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題，如處理全固態(tài)電池短路故障。

團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地運(yùn)用了原點(diǎn)透射鏡技術(shù)，就像給研究人員安裝了一雙“微觀透視眼”，可以在材料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程中，即時(shí)直觀地觀察材料內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的變化，為深入探索固態(tài)電解質(zhì)短路機(jī)制提供了前所未有的技術(shù)手段。

通過(guò)對(duì)原點(diǎn)透射鏡的仔細(xì)觀察，該團(tuán)隊(duì)首次在納米尺度上清楚地揭示了無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中的軟短路 - 硬短路轉(zhuǎn)換機(jī)制及其背后隱藏的析鋰動(dòng)力學(xué)過(guò)程。這個(gè)發(fā)現(xiàn)就像一把鑰匙，為解決整個(gè)固態(tài)電池的短路問(wèn)題開(kāi)辟了新的思路。

基于上述重要發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)利用3D電子絕緣和機(jī)械彈性高聚物網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步發(fā)揮創(chuàng)新思維，成功開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)無(wú)機(jī)。 / 有機(jī)復(fù)合固體電解質(zhì)。這種復(fù)合電解質(zhì)巧妙地結(jié)合了無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，可以有效抑制固體電解質(zhì)中鋰金屬的沉淀和連接，從而避免了短路故障，顯著提高了固體電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性。

這項(xiàng)研究不僅為深入了解固態(tài)電解質(zhì)的納米尺度故障機(jī)制提供了全新的認(rèn)知角度，也為新型固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，有效推動(dòng)了更安全、更高性能鋰電池的研發(fā)進(jìn)程。相關(guān)研究成果已經(jīng)在 5 月 20 日本發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)刊》上，為全固態(tài)電池領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要的研究力量。

全球固態(tài)電池加碼

這兩項(xiàng)研究成果的獲得，意味著全固態(tài)電池技術(shù)在理論和實(shí)踐上取得了重大突破。從理論角度來(lái)看，無(wú)效系統(tǒng)的揭示和玻璃電解質(zhì)設(shè)計(jì)原理的提出，為全固態(tài)電池的研究提供了新的理論依據(jù)。這些理論成果不僅有助于研究人員對(duì)全固態(tài)電池的工作原理有更深入的了解，也為電池技術(shù)未來(lái)的研發(fā)提供了新的方向和思路。

隨著全固態(tài)電池技術(shù)的不斷突破，全固態(tài)電池的商業(yè)應(yīng)用前景越來(lái)越廣闊。政府投資于全球市場(chǎng)增加固態(tài)電池市場(chǎng)。 2000 十億日元，豐田、本田、日產(chǎn)建立聯(lián)盟，計(jì)劃建立聯(lián)盟。 2030 每年實(shí)現(xiàn)硫酸鹽電池量產(chǎn)，全球?qū)＠麛?shù)量占比超過(guò)全球。 60%。

而韓國(guó)三星 SDI 研發(fā)出 5Ah 全固態(tài)硫酸鹽電池，能量密度達(dá)到 900 Wh/L，計(jì)劃 2028 每年在無(wú)人機(jī)市場(chǎng)使用。

中國(guó)擁有世界上最大的鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈和快速迭代的工程化能力。此外，國(guó)內(nèi)國(guó)軒高新、當(dāng)代安普瑞斯科技有限公司、億威鋰能、恩捷股份等公司在固態(tài)電池方面取得了突破。例如，國(guó)軒高科已經(jīng)發(fā)布了金石固態(tài)電池，寧德時(shí)代有望到達(dá)。 2027 每年都有望實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)固態(tài)電池，億威鋰能最近公開(kāi)透露，公司將在 2026 2028年推出大功率全固態(tài)電池，主要用于混合動(dòng)力領(lǐng)域，2028年 能量密度高達(dá)每年都在逐步推出 400Wh/kg 高比可以是全固態(tài)電池。

雖然全固態(tài)電池技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，但其商業(yè)應(yīng)用仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如，全固態(tài)電池的生產(chǎn)成本較高，需要進(jìn)一步降低以提高其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力；為了提高電池的一致性和可靠性，全固態(tài)電池的生產(chǎn)工藝仍需改進(jìn)。此外，還需要進(jìn)一步研究全固態(tài)電池的回收利用，以實(shí)現(xiàn)電池的可持續(xù)發(fā)展。

未來(lái)，隨著科研人員的不懈努力和技術(shù)創(chuàng)新，全固態(tài)電池技術(shù)有望在這些方面取得進(jìn)一步突破。通過(guò)優(yōu)化電池材料和生產(chǎn)工藝，降低制造成本；通過(guò)加強(qiáng)電池回收技術(shù)的研發(fā)，可以提高電池回收利用率；通過(guò)完善電池標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以促進(jìn)全固態(tài)電池的商業(yè)應(yīng)用。我們有理由認(rèn)為，全固態(tài)電池技術(shù)將在未來(lái)能源儲(chǔ)存領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，為人們的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的動(dòng)力。

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