中科院青島能源所又一固態(tài)電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破

近日，中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所又公布了一項(xiàng)固態(tài)電池的技術(shù)突破，是在崔光磊研究員帶領(lǐng)下，董杉木研究員、胡磊博士等利用熔融黏結(jié)技術(shù)，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜，其優(yōu)異的力學(xué)性能、離子電導(dǎo)率以及應(yīng)力耗散特性可有效抑制電池內(nèi)部應(yīng)力不均導(dǎo)致的機(jī)械力失效。該方法制備的高面載量LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂（NCM83）正極（活性材料≥50 mg/cm²）與多孔鋁集流體具有優(yōu)異粘結(jié)性，實(shí)現(xiàn)界面融合，有效規(guī)避傳統(tǒng)濕法正極容易產(chǎn)生裂紋問(wèn)題，制備出的一體化全固態(tài)電池具有優(yōu)異的界面穩(wěn)定性、長(zhǎng)循環(huán)性能。

研究成果以“Fusion Bonding Technique for Solvent-free Fabrication of All-solid-state Battery with Ultra-thin Sulfide Electrolyte”為題發(fā)表在Advanced Materials上，青島能源所崔光磊、董杉木為論文通訊作者，胡磊和博士生任鈺朗為共同第一作者。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)膜的制作SEM展示

研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)目前干法制備過(guò)程中各組分分散不均問(wèn)題，提出低壓力制備的熔融粘結(jié)策略，在粘流態(tài)下將低粘度的熱塑性聚酰胺（TPA）與硫化物L(fēng)i₆PS₅Cl進(jìn)行預(yù)混，較低壓力下（≤5MPa）熱壓成型，誘導(dǎo)TPA在硫化物顆粒間隙滲透，構(gòu)建聚合物逾滲網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)超薄成膜（厚度≤25μm）的同時(shí)，兼具優(yōu)異的柔韌性、熱塑性、可彎曲性、拉伸性和較高離子電導(dǎo)率（2.1mS/cm）。

SX-CT對(duì)應(yīng)力耗散機(jī)制的解析

使用同步輻射X射線斷層掃描（SX-CT）對(duì)循環(huán)過(guò)后的對(duì)稱(chēng)電池進(jìn)行觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)該超薄膜能夠有效抑制循環(huán)過(guò)程中因電極體積膨脹帶來(lái)的界面分離和電解質(zhì)碎裂等問(wèn)題，保持界面穩(wěn)定，證明在固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)部構(gòu)建完整的聚合物逾滲網(wǎng)絡(luò)，不僅有利于其薄層化，更有利于耗散電池運(yùn)行過(guò)程中的不均勻內(nèi)應(yīng)力，降低力機(jī)械失效風(fēng)險(xiǎn)。

一體化硫化物全固態(tài)電池的長(zhǎng)循環(huán)性能

研究團(tuán)隊(duì)以正極和薄層電解質(zhì)的界面熔融粘結(jié)為策略，制備出的一體化全固態(tài)電池，適配鋰銦負(fù)極，707次循環(huán)后容量保持率大于80%；適配純硅負(fù)極（μSi），478次循環(huán)后容量保持率大于80%，可循環(huán)2000次。在高負(fù)載NCM83（28.5 mg·cm^-2）||μSi全電池中，經(jīng)過(guò)9200小時(shí)、1400次循環(huán)后，其面容量保持大于2.5 mAh·cm^-2，循環(huán)壽命超過(guò)10000小時(shí)，進(jìn)一步提升NCM83載量到53.1 mg·cm^-2，其能量密度超過(guò)390 Wh/kg，1020 Wh/L，高于目前文獻(xiàn)所報(bào)道的高鎳三元體系的硫化物全固態(tài)電池。研究團(tuán)隊(duì)基于該策略分別組裝了Bipolar（5-8.5V）和高面載量（2.79 mAh/cm²）單片軟包二次電池，表明熔融黏結(jié)技術(shù)具有出色的實(shí)用性潛力，對(duì)硫化物全固態(tài)電池的商業(yè)化具有重要意義，為全固態(tài)電池未來(lái)科學(xué)研究和工藝技術(shù)發(fā)展提供有力參考。

作者簡(jiǎn)介

崔光磊，研究員，博士生導(dǎo)師，國(guó)家新能源汽車(chē)專(zhuān)項(xiàng)高比能固態(tài)鋰電池技術(shù)項(xiàng)目首席科學(xué)家，國(guó)家級(jí)人才，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國(guó)務(wù)院特殊津貼專(zhuān)家。獲山東省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、青島市自然科學(xué)一等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)項(xiàng)。2005年于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)所獲得有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位，2005年9月至2009年先后在德國(guó)馬普協(xié)會(huì)高分子所和固態(tài)所從事博士后研究。2009年2月以研究員到中科院青島生物能源與過(guò)程所工作，現(xiàn)任中科院青島能源所學(xué)位委員會(huì)主任、學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任，青島儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院執(zhí)行院長(zhǎng)、能源應(yīng)用技術(shù)研究室主任，國(guó)際聚合物電解質(zhì)委員會(huì)理事、國(guó)際儲(chǔ)能創(chuàng)新聯(lián)盟理事、中國(guó)化學(xué)會(huì)電化學(xué)委員會(huì)委員、中國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)固體專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員等。近幾年主要從事高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料和系統(tǒng)研發(fā)、深海特種電源開(kāi)發(fā)應(yīng)用及固態(tài)光電轉(zhuǎn)換器件的研究工作。先后在能源材料、化學(xué)、器件等方面的國(guó)際權(quán)威雜志Nat. Commun.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Environ. Energy Science、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Sci.等發(fā)表文章300多篇，他引10000多次。

董杉木，青島生物能源與過(guò)程研究所研究員，博士生導(dǎo)師。泰山學(xué)者青年專(zhuān)家、中科院青年中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)入選者，2012年博士畢業(yè)于中科院青島生物能源與過(guò)程研究所，師從崔光磊研究員。申請(qǐng)人從事鋰金屬界面設(shè)計(jì)及相關(guān)機(jī)理研究。近年來(lái)共發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文94篇，他引5200余次，個(gè)人H-index 42。近五年在 Angew. Chem. Int. Ed，Adv. Mater.，Mater. Today，Adv. Energy Mater.，Chem. Mater.，等國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊上以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI論文35篇，承擔(dān)包括中科院先導(dǎo)A子課題、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題在內(nèi)共4個(gè)項(xiàng)目，累計(jì)經(jīng)費(fèi)超過(guò)1500萬(wàn)。授權(quán)專(zhuān)利12項(xiàng)，在17年、18年分別以第三完成人身份獲得青島市、山東省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)各一次。

參考來(lái)源：

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所

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