【会议报告】固体电解质助力高能量密度高安全锂电池

近年来，伴随新能源汽车及大规模储能产业的快速发展，国家政策层面对于动力电池能量密度的提升导向愈发明确——《中国制造 2025》中指出：“到2025年、2030年，中国动力电池单体能量密度分别需达到400、500W·h/kg”。然而，上述指标已达到甚至超出当前液态锂电池能量密度天花板，同时液态电解液易燃、易腐蚀和热稳定性差等特性也会带来高能量密度下突出的安全问题。采用固体电解质代替液态电解液的全固态锂电池可从根本上解决安全隐患，且匹配高比容量正极和金属锂负极有望实现更高能量密度。

全固态锂电池概述

全固态锂电池相比液态电池最大的区别就是将液态电解质换成固体电解质，同时取消了隔膜部件。固体电解质是全固态锂电池的核心部件之一，其性能的优劣直接关系到电池的电化学性能以及安全性。此外，全固态锂电池负极可以使用锂金属取代石墨，与传统的液态锂电池相比可大大提升能量密度，而且不存在液态电解液易挥发、易燃的问题，具有较好的安全性。

全固态锂电池基本组成结构示意图

固体电解质分类

当前，固体电解质的研究主要集中在氧化物固体电解质、硫化物固体电解质和聚合物固体电解质。

不同固体电解质材料的性能

其中，氧化物型固体电解质和硫化物型固体电解质同属于无机固体电解质，氧化物固体电解质由氧元素和金属元素组成，可以适用更高的电压，具有更高的热稳定性，其离子电导率达1×10-3~1×10–4S/cm，目前被广泛应用，但是容易在界面处形成接触损失，孔隙率在3种类型的固体电解质中最大，因此在生产制造中需要对其共烧结以改善界面，生产工艺要求高。

硫化物固体电解质由硫元素和金属元素组成，具有更高的离子电导率（1×10–2~1×10–4S/cm）以及较低的孔隙率，界面接触良好，但是对空气和水分敏感且生产成本较高。

聚合物固体电解质通常是在聚合物基体中添加锂盐组合而成，表现出适度的离子电导率（1×10–5S/cm），极片孔隙率低界面致密度提高，生产工艺相对简单但是循环性能较差、工作温度范围较窄。

近年来也出现了固体复合电解质，其具有优异的机械强度与加工性，具有广阔的应用前景。

小结

高能量密度且周期寿命长的锂离子电池已应用于电动汽车、便携式电子设备、可穿戴产品等各种储能领域，由于固体电解质比液体电解质具有广泛公认的安全优势,全固态电池的商业应用已被广泛设想。理想的固体电解质应具有与液体电解质相当的离子导电性、优良的安全性、合适的力学性能和与电极良好的接触性。然而,得到一种兼具这些特性的电解质却很难,因此固体电解质的研究面临着各种问题。要实现固体电解质的商业化利用,必须克服科学和技术挑战。首先,离子电导率仍然是评价固体电解质的先决条件。其次,了解各种电解质的共性和个体性,并提出机制,使其背后的科学现象合理化,指导进一步深入的研究。

针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将在昆山举办第五届高比能固态电池关键材料技术大会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，青岛大学郭向欣教授将作题为《固体电解质助力高能量密度高安全锂电池》的报告。

专家简介：

郭向欣，青岛大学教授，博士生导师。青岛市“高性能固体电解质与固态锂电池”研究中心和山东省固态电池工程实验室主任。入选上海市“浦江人才”、青岛市“创业创新领军人才”。主要从事于高性能固态电解质研发与全固态金属电池应用研究，并参与行业最早的两项固态电解质团体标准的制定和发布。近年主持、参与国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划和企业技术委托项目等10余项。前期研究已在高离子电导固态电解质设计、金属/固态电解质界面微结构设计等关键领域取得了丰富的学术成果，近五年来在Nature communications, Energy & Environmental Science, ACS Energy Letters, Advanced Energy Materials, Nano Letters, Nano Energy等权威刊物发表论文60余篇，他引逾2000次。

参考来源：

1.郭向欣等.全固态锂电池热安全性研究进展

2.王春梅等.新型锂离子固体电解质应用进展

3.钟颜至等.锂电池固体电解质合成方法、化学稳定性及离子电导率综述

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！

本文地址：http://libattery.net/news/details1803.html