【會(huì)議報(bào)告】固態(tài)電池界面的跨尺度原位研究

過去三十年間，基于液態(tài)電解質(zhì)與石墨負(fù)極的鋰離子電池為便攜式消費(fèi)電子與電動(dòng)汽車等產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展提供了強(qiáng)勁動(dòng)力。為滿足市場(chǎng)對(duì)鋰電池能量密度、循環(huán)壽命以及安全性等日益增長(zhǎng)的需求，基于固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池近年來吸引了大量的研究興趣與投資，并得到了迅速發(fā)展。然而，高界面阻抗是固態(tài)電池實(shí)際應(yīng)用的最大障礙，在原子尺度理解固態(tài)電池界面對(duì)電池的設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。

開發(fā)高性能全固態(tài)鋰電池，需要在電池的充放電過程中，從原子到宏觀尺度，對(duì)電池內(nèi)部與界面的形貌、結(jié)構(gòu)、成分及化學(xué)態(tài)等的演化及其機(jī)制有深刻的理解。對(duì)不同尺度的問題，需要有足夠多可以在該尺度上提供足夠豐富信息的表征手段，其次要求不同尺度的表征信息能夠有機(jī)的結(jié)合，互相補(bǔ)充、互相佐證。

傳統(tǒng)電池表征技術(shù)，如掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、X-射線衍射、核磁共振等，通常在電池充放電到指定狀態(tài)后，將電池拆解，然后分別提取電極或固體電解質(zhì)的部分樣品等進(jìn)行分析。這一過程比較繁瑣，它也忽視了電池在拆解與樣品分離提取及表征過程中，固體電解質(zhì)與電極材料及其界面的結(jié)構(gòu)與狀態(tài)變化等，所獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有一定的不確定性和滯后性。利用傳統(tǒng)表征技術(shù)可以研究全固態(tài)鋰電池的初始狀態(tài)與最終狀態(tài)，然而對(duì)電池是如何從初始狀態(tài)逐 漸變化到最終狀態(tài)的過程細(xì)節(jié)并不清楚，阻礙了對(duì)電池機(jī)理的深入理解。

現(xiàn)代原位表征技術(shù)，通過對(duì)運(yùn)行中的電池進(jìn)行高時(shí)間分辨率的表征，為研究全固態(tài)鋰電池的運(yùn)行機(jī)制與失效機(jī)理等提供多角度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。各種原位表征技術(shù)具有不同的時(shí)間、空間與能量分辨率，可以有針對(duì)性地選擇合適的原位表征手段對(duì)電池進(jìn)行研究。例如，原位核磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）通常需要一個(gè)小時(shí)完成一次掃描，空間分辨率在微米量級(jí)，而原位透射電子顯微鏡（transmission electron microscopy，TEM）最快可以不到1ms 就完成一張晶格甚至原子級(jí)分辨率的電鏡圖片拍攝，但兩者是從不同方位獲取的信息。

針對(duì)固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場(chǎng)及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國(guó)粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，燕山大學(xué)唐永福教授將作題為《固態(tài)電池界面的跨尺度原位研究》的報(bào)告。

專家簡(jiǎn)介：

唐永福，燕山大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師。一直以來，從事固態(tài)電池、金屬-空氣電池等儲(chǔ)能器件及其關(guān)鍵材料的開發(fā)及原位表征等研究。近年來，主持國(guó)家自然科學(xué)基金、教育部霍英東基金等科研項(xiàng)目10余項(xiàng)，獲得河北省自然科學(xué)獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)（排名第一）、河北省“青年拔尖人才”、河北省“三三三”人才等人才項(xiàng)目及榮譽(yù)；以第一/通訊作者在Nat. Nanotechnol., Angew. Chem. Int. Ed.（2篇）, Adv. Mater., Energy Environ. Sci., Nano Lett.（3篇）, ACS Nano（3篇）, ACS Energy Lett.（2篇）, Adv. Funct. Mater.（3篇）, Nano Energy（2篇）等期刊發(fā)表論文70余篇；論文他引3300余次，h因子為32；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利15項(xiàng)，已授權(quán)10項(xiàng)。

參考來源：

戴秋實(shí)、唐永福等.石榴石固態(tài)電池界面的原子尺度結(jié)構(gòu)冷凍電鏡研究

陸敬予等.原位表征技術(shù)在全固態(tài)鋰電池中的應(yīng)用

潘弘毅等.多空間尺度下的金屬鋰負(fù)極表征技術(shù)

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