新技術(shù)讓硫化物全固態(tài)鋰離子電池向產(chǎn)業(yè)化更近一步

中國科學(xué)院青島生物能源與過程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，在硫化物全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問題和電池規(guī)模化制備技術(shù)方面，取得了一系列突破性新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《化學(xué)電化學(xué)》上。

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、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)性地解決了液態(tài)鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問題，成為一項顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質(zhì)具有眾多優(yōu)勢，使硫化物全固態(tài)鋰電池高能量密度和高倍率性能兼?zhèn)?。世界眾多車企紛紛投入硫化物全固態(tài)鋰電池的研發(fā)，并發(fā)布量產(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)室溫離子電導(dǎo)率越來越高，可與商品化鋰離子電池所用有機(jī)電解液的離子電導(dǎo)率相媲美。

多年來，該科研團(tuán)隊致力于開發(fā)高性能硫化物固體電解質(zhì)，利用高通量計算方法，開發(fā)出高電導(dǎo)率的硫化物固體電解質(zhì)，其室溫離子電導(dǎo)率均達(dá)到國際水平，且已建立硫化物固體電解質(zhì)中試生產(chǎn)線，具備公斤級批量制備能力。

在此基礎(chǔ)上，針對硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性的研究，該科研團(tuán)隊近期又取得關(guān)鍵性進(jìn)展，通過向電解質(zhì)中進(jìn)行軟酸物質(zhì)和硬堿物質(zhì)的雙摻雜，獲得了兼具高離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性優(yōu)異的硫化物電解質(zhì)材料。

據(jù)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(tuán)隊自主創(chuàng)新了多項關(guān)鍵技術(shù)，如制備出厚度低于20微米的超薄電解質(zhì)膜技術(shù)，開發(fā)高穩(wěn)定性電極包覆技術(shù)，構(gòu)建了穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面技術(shù)，以及勻漿、涂布、電極成型等技術(shù)，還成功開發(fā)出具有優(yōu)異倍率和低溫性能的軟包電池，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)，成功開發(fā)出長循環(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(tuán)隊完成了實驗室技術(shù)制造，已建立一條全固態(tài)軟包電池實驗室生產(chǎn)線，探索出硫化物全固態(tài)鋰離子電池生產(chǎn)模式，為推動高性能、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)奠定了基礎(chǔ)。