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        【原創(chuàng)】南策文院士:固態(tài)電池一定要走向?qū)嵱没⒁?guī);


        來源:中國粉體網(wǎng)   墨玉

        [導(dǎo)讀]  固態(tài)電池是未來電池產(chǎn)業(yè)的核心,這一點已經(jīng)是毋庸置疑的了。無論是在產(chǎn)品安全性、能量密度還是循環(huán)性能方面,固態(tài)電池都有潛力對電池性能產(chǎn)生質(zhì)的突破。

        中國粉體網(wǎng)訊  固態(tài)電池是未來電池產(chǎn)業(yè)的核心,這一點已經(jīng)是毋庸置疑的了。無論是在產(chǎn)品安全性、能量密度還是循環(huán)性能方面,固態(tài)電池都有潛力對電池性能產(chǎn)生質(zhì)的突破。目前固態(tài)電解質(zhì)主要分為聚合物、氧化物和硫化物三種,目前都很難達(dá)到液態(tài)電解質(zhì)的水平,同時材料成本昂貴,對加工的要求也很高,難度極高。但是多方人士表示,固態(tài)電池一定會走向產(chǎn)業(yè)化。清華大學(xué)南策文院士也持這一觀點。



        南策文院士


        固態(tài)電解質(zhì)最看好LLZO


        固態(tài)電池的關(guān)鍵材料固體電解質(zhì)的研究,是決定固態(tài)電池可否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的根本因素。目前研究最多的固體電解質(zhì)包括石榴石型氧化物(LLZO)、NASICON型氧化物、硫化物和聚合物固體電解質(zhì)四種,南策文院士最看好LLZO,他認(rèn)為LLZO的綜合性能最為優(yōu)異,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:


        (1)LLZO具有的離子電導(dǎo)率以及可達(dá)到的面電阻可以滿足應(yīng)用的需求;

        (2)LLZO粉體材料可以在大氣環(huán)境下實現(xiàn)規(guī);a(chǎn);

        (3)LLZO在化學(xué)上對鋰金屬穩(wěn)定,為鋰金屬負(fù)極的使用提供了可能,LLZO的電化學(xué)窗口寬,可以和高電壓正極相匹配,這些都為高能量密度固態(tài)電池的實現(xiàn)提供了材料基礎(chǔ);

        (4)近幾年來,越來越多的研究人員關(guān)注LLZO的研發(fā),澄清了很多制約LLZO應(yīng)用的瓶頸問題的關(guān)鍵機(jī)理,并給出了切實可行的解決方案。


        對于多久才能將LLZO固態(tài)鋰電池才能投入實際應(yīng)用,南策文院士的看法是在未來的5-10年投入實際應(yīng)用。在一些特殊的應(yīng)用場合,例如醫(yī)用或軍用高溫電池,可能LLZO固態(tài)鋰電池會更早地進(jìn)入應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進(jìn)步,以及研究人員對固態(tài)電池認(rèn)識的不斷加深,都會縮短LLZO固態(tài)鋰電池投入實際應(yīng)用的時間。


        成本問題不是最大的瓶頸


        南策文院士認(rèn)為全固態(tài)鋰電池的倍率性能整體偏低等問題,都是科學(xué)技術(shù)問題,需要慢慢解決。成本問題不是最大的瓶頸。任何新技術(shù)、新產(chǎn)品剛一開始出來,成本都較高,一旦生產(chǎn)技術(shù)成熟、產(chǎn)量上去了,成本自然而然就能下來,所以成本是工業(yè)界解決的事情,不是學(xué)術(shù)界能解決的問題。


        固態(tài)電池一定要走向?qū)嵱没、?guī);


        南策文院士認(rèn)為固態(tài)電池一定要走向?qū)嵱没、?guī);H绻恢痹诩埳险,肯定不行。一個新技術(shù)出來,在熱了一段時間后,一定要慢慢往產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方向走,哪怕邁出一小步也可以,但不邁出去不行。目前有不少大型公司,特別是國際知名車企,都宣布要量產(chǎn)固態(tài)電池,并制定了各自的發(fā)展路線計劃。


        南策文院士近年來在固態(tài)電池方面的成果一覽


        ★ 新型鋰電池陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化項目落戶盱眙


        2018年4月清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊將新型鋰電池陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化項目落戶盱眙。據(jù)了解,該項目投資3億元,開展全固態(tài)薄膜電解質(zhì)——鋰鑭鈦氧和鋰鑭鋯鉭氧等陶瓷材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化,項目計劃兩年內(nèi)建成年產(chǎn)1800噸鋰離子固態(tài)電解質(zhì)陶瓷材料和1200噸富鋰錳基正極陶瓷材料生產(chǎn)線。


        ★ 固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)


        2018年11月19日,由清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊創(chuàng)建的蘇州清陶新能源科技有限公司內(nèi),可日產(chǎn)1萬只固態(tài)電池的固態(tài)鋰電池產(chǎn)線正式投產(chǎn),電池能量密度可達(dá)400Wh以上,產(chǎn)品將主要投用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域。南策文研究的固態(tài)鋰電池自主研發(fā)成功并實現(xiàn)量產(chǎn)對車企意義重大,將推動新能源汽車發(fā)展。


        ★ 固態(tài)鋰電池電極-電解質(zhì)接觸問題的研究取得重要進(jìn)展


        中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授課題組和清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊在鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的研究上取得重要進(jìn)展。研究者使用球差校正透射電鏡對固態(tài)電解質(zhì)和電極材料的界面進(jìn)行觀測,發(fā)現(xiàn)富鋰層狀結(jié)構(gòu)的正極和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)之間可以形成外延界面。該方法的提出為克服固態(tài)電池中電極-電解質(zhì)接觸差這一瓶頸提供了新思路。


        ★ 高電導(dǎo)硫化物/聚合物復(fù)合電解質(zhì)助力高性能全固態(tài)鋰硫電池


        全固態(tài)鋰電池(ASSLBs)具有較高的理論容量和良好的安全性,被認(rèn)為是未來能源存儲設(shè)備的理想選擇。在各種固體電解質(zhì)中,具有高離子導(dǎo)電性、制備方法方便和低界面阻抗等優(yōu)點的硫化電解質(zhì)備受關(guān)注。然而含無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的ASSLBs通常具有較厚的電解質(zhì)層(大于1mm),這顯著降低了電池的能量密度。因此,制備一種具有自支撐性能的低厚度高電導(dǎo)的電解質(zhì)層是實現(xiàn)高性能ASSLBs的關(guān)鍵。


        基于此,清華大學(xué)南策文院士和李亮亮副研究員通過液相法制備了一種厚度僅為120μm且具有自支撐性能的78Li2S-22P2S5玻璃陶瓷(7822gc)/聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)膜。在加入鋰鹽的條件下,該7822gc/PEO或7822gc/PVDF復(fù)合電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可達(dá)4-7×10−4S cm-1。該復(fù)合電解質(zhì)膜的面積電導(dǎo)高達(dá)59.0mS cm−2,約為純7822gc電解質(zhì)片的2.7倍。


        南策文院士認(rèn)為固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用,比如成為動力電池,可能還有一段時間。但是可以先做特種電池,比如軍用電源、數(shù)碼領(lǐng)域、石油、電力等行業(yè),已經(jīng)開始有應(yīng)用。動力電池領(lǐng)域更多是在試驗檢測階段,目前要解決的首要問題是安全。所以固態(tài)電池一定會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,只是還需要時間!


        參考來源:

        能源評論•首席能源觀.南策文:固態(tài)電池,從“萬里挑一”到“萬無一失”

        浠水貼吧.浠水汪崗籍院士南策文主導(dǎo)研發(fā)的固態(tài)鋰電池令業(yè)界震驚

        Cell Press.南策文院士:固態(tài)鋰電池的未來之路│Cell Press對話科學(xué)家

        儲能科學(xué)與技術(shù).【行業(yè)動態(tài)】中國科學(xué)院院士南策文:鋰電池遠(yuǎn)未觸及天花板

        盱眙向上先鋒.做鋰電池行業(yè)“獨角獸”——清華大學(xué)南策文院士團(tuán)隊產(chǎn)業(yè)化項目再次落戶盱眙

        清新電源.南策文院士團(tuán)隊EnSM:高電導(dǎo)硫化物/聚合物復(fù)合電解質(zhì)助力高性能全固態(tài)鋰硫電池!


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        作者:墨玉

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