2019年12月24日，由中國粉體網(wǎng)聯(lián)合中國顆粒學(xué)會能源顆粒材料專委會主辦的“2019高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)研討會暨第三屆能源顆粒材料制備及應(yīng)用技術(shù)高峰論壇”在江蘇昆山隆重開幕！在此期間，中國粉體網(wǎng)邀請到眾多能源顆粒材料領(lǐng)域內(nèi)的專家、學(xué)者做客對話欄目，就固態(tài)電池的研發(fā)、制備及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等一系列議題發(fā)表他們的看法和建議。
©An Zhenhua/cnpowder.com.cn
蘇州大學(xué)田景華教授
中國粉體網(wǎng)編輯：現(xiàn)在坐在我身邊的是來自蘇州大學(xué)田景華教授。田教授您好！
田景華教授：您好！
中國粉體網(wǎng)編輯：固態(tài)電池與傳統(tǒng)電池相比具有能量高、安全性高等優(yōu)勢，但是其制備也更復(fù)雜，固態(tài)電池目前發(fā)展存哪些問題？
田景華教授：固態(tài)電池肯定是未來發(fā)展的一個重要方向，也是解決鋰電池目前存在的安全性問題的一個很好的方法。但是目前固態(tài)電池還存在很多的問題，特別是固態(tài)電解質(zhì)本身電導(dǎo)率偏低，與液體電解質(zhì)相比，還有一定的差距。目前最有希望的是硫化物，其離子電導(dǎo)率最高，可達到10-2這樣一個量級，但是穩(wěn)定性比較差，特別是不能與空氣進行接觸，所以還要發(fā)展很多的方法對它進行一些保護。
另外一個問題就是這個固態(tài)電解質(zhì)與鋰電池正負(fù)極接觸的穩(wěn)定性問題。現(xiàn)在很多的固態(tài)電解質(zhì)在循環(huán)的過程中，大家就會發(fā)現(xiàn)與正負(fù)極發(fā)生的反應(yīng)會最終導(dǎo)致電池的循環(huán)性能、循環(huán)壽命都變差。再者從產(chǎn)業(yè)化的角度上來講，固態(tài)電池的發(fā)展還有很長的路要走，因為它配套的一些設(shè)備，生產(chǎn)過程中配套設(shè)備的研發(fā)等等都是目前亟需大家共同解決的問題。
中國粉體網(wǎng)編輯：您研究的鋰離子電池高壓正極材料LiNi0.5Mn1.5O4的優(yōu)勢有哪些？還有什么尚未解決的難點？
田景華教授：LiNi0.5Mn1.5O4是鋰電池里邊非常著名的高壓正極材料，它是從錳酸鋰進行摻雜而得到的。那么它最大的優(yōu)點就是電壓放電平臺比較高，可高達4.7伏，同時它也繼承了錳酸鋰的一些優(yōu)點，比如說結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，安全性能比較好，此外還有三維的鋰離子傳輸通道，放電容量也比較高。但是它存在的問題是它的優(yōu)點同時也是它的缺點，就是它的放電電壓太高。放電電壓太高的問題就是現(xiàn)有的這些電解液還沒有能夠和它很好匹配的。因為現(xiàn)有的電解質(zhì)在這么高的電壓下大部分情況它就會分解掉，最終導(dǎo)致這個材料的循環(huán)性能和倍率性能都比較差。所以這也是目前高壓正極材料商業(yè)化存在的最大難題之一。
中國粉體網(wǎng)編輯：您是基于什么考慮要研究異原子摻雜碳和鉻氧化物對LiNi0.5Mn1.5O4進行表面包覆？兩種改性的結(jié)果有什么研究價值？
田景華教授：正如我剛才提到的LiNi0.5Mn1.5O4材料因為它的放電平臺比較高，容易與電解液發(fā)生反應(yīng)，特別是當(dāng)電解液里有一些微量水的存在的時候，它會產(chǎn)生氫氟酸，氫氟酸就會跟LiNi0.5Mn1.5O4發(fā)生反應(yīng)，最終導(dǎo)致這個材料的分解。那么，為了解決這個問題，我們就采用了一種包覆的方法。就在LiNi0.5Mn1.5O4的表面包覆一層材料，相當(dāng)于把這個LiNi0.5Mn1.5O4與這個電解液進行一個隔離，一方面減緩電解液與LiNi0.5Mn1.5O4的一個反應(yīng)，與此同時也阻止錳離子的溶解。
對于我們選擇的鉻的氧化物非常穩(wěn)定，在酸和堿的環(huán)境下都比較穩(wěn)定，所以它可能是一種非常好的保護LiNi0.5Mn1.5O4的一種材料。那么碳材料，特別是摻雜的碳材料，它的優(yōu)勢就是它的電子電導(dǎo)率比較高，而且它的價格更加便宜，它可以在提高LiNi0.5Mn1.5O4穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，還可以達到提高電子傳輸?shù)男省?/p>
中國粉體網(wǎng)編輯：您認(rèn)為固態(tài)電池的研究未來應(yīng)該側(cè)重哪些方面？為什么？
田景華教授：固態(tài)電池現(xiàn)在研究種類非常多，包括我們說的氧化物、硫化物，包括一些陶瓷類的等等，當(dāng)然陶瓷類的也算氧化物。正如前邊第一個問題提到的，它現(xiàn)在的問題，一個問題就是離子電導(dǎo)率不夠高，第二個就是它的穩(wěn)定性，特別是界面穩(wěn)定性，界面電阻的問題，亟待去解決。未來一個方向就是要發(fā)展離子電導(dǎo)率比較高且空氣下的穩(wěn)定性也比較好的固態(tài)電解質(zhì)。另外要研究固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極之間的兼容性，界面反應(yīng)怎樣降低甚至消除。但我覺得可能很重要的就是單單一種固態(tài)電解質(zhì)是很難達到這些要求的，可能以后要做一些復(fù)合材料，也就是聚合物和無機物的固態(tài)電解質(zhì)的復(fù)合，或者說氧化物和硫化物的復(fù)合等等，這可能是一種可行的解決方案。
中國粉體網(wǎng)編輯：非常感謝田教授接受我們的采訪。本次采訪到此結(jié)束，謝謝！
田景華教授：謝謝！
