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2021年5月25日，由清華大學(xué)南策文院士，北京科技大學(xué)范麗珍教授，清陶研究院院長何泓材博士，在頂級學(xué)術(shù)期刊 Nature Reviews Materials （影響因子71.9）共同發(fā)表的學(xué)術(shù)論文“Tailoring inorganic–polymer composites for the mass production of solid-state batteries”正式刊出。

作為能同時提高能量密度，解決鋰電池安全問題的固態(tài)鋰電池，已經(jīng)成為下一代鋰電池技術(shù)的發(fā)展方向。固態(tài)鋰電池用固體電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)不僅可以解決安全問題，還可以使用鋰金屬負(fù)極以及高壓大容量正極，以實(shí)現(xiàn)高能量密度。固態(tài)鋰電池由復(fù)合正極、固體電解質(zhì)和負(fù)極的疊層組成，這種結(jié)構(gòu)比具有液體電解質(zhì)的傳統(tǒng)電池更簡單，更容易封裝，并可提供更大的設(shè)計靈活性。但由于在固態(tài)鋰電池核心材料以及關(guān)鍵工藝技術(shù)方面取得突破的難度很大，固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程姍姍來遲。

圖: b鋰離子電池結(jié)構(gòu)：由多相復(fù)合電極層和多孔聚合物隔膜層組成，液態(tài)電解質(zhì)浸透整個電芯；c 固態(tài)電池結(jié)構(gòu)：由疊層IPC復(fù)合正極層、固態(tài)電解質(zhì)層和鋰金屬負(fù)極(或IPC復(fù)合負(fù)極層)組成，形成多層多相復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。

固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化的難點(diǎn)是開發(fā)合適的固體電解質(zhì)材料以及實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)材料在固態(tài)鋰電池中有效的集成與應(yīng)用。清華大學(xué)南策文教授團(tuán)隊在這方面經(jīng)歷了近20年的探索和積累，終于找到了可以產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)路徑。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊創(chuàng)辦了清陶并快速進(jìn)行相關(guān)工藝的小試中試之后，實(shí)現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，迎來了固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化黎明的曙光。

該論文綜述并比較了各種固態(tài)電解質(zhì)材料性能，無機(jī)-聚合物復(fù)合電解質(zhì)（IPC電解質(zhì)）結(jié)合了無機(jī)固體電解質(zhì)和聚合物固體電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，且適合于固態(tài)鋰電池的大規(guī)模生產(chǎn)，因此成為固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化的最優(yōu)選擇。論文進(jìn)而就IPC電解質(zhì)的設(shè)計、IPC電解質(zhì)在固態(tài)鋰電池中的一體化與界面設(shè)計以及基于IPC電解質(zhì)的固態(tài)鋰電池電芯制造工藝等進(jìn)行了詳細(xì)闡述和介紹，在綜述研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，為IPC電解質(zhì)的設(shè)計、界面設(shè)計與一體化給出了明確思路，為固態(tài)鋰電池電芯制造給出了可行的工藝和方法。

圖：基于無機(jī)-聚合物復(fù)合電解質(zhì)的固態(tài)鋰電池制造工藝

總結(jié)起來，由于具有高能量密度、長壽命和高安全性的潛在優(yōu)勢，固體電解質(zhì)及固態(tài)鋰電池的研究將繼續(xù)快速發(fā)展。在所有固體電解質(zhì)技術(shù)中，IPC電解質(zhì)顯示出最優(yōu)的綜合性能和放大能力。IPC電解質(zhì)將軟聚合物與穩(wěn)定的無機(jī)材料復(fù)合，可以獲得高離子電導(dǎo)率，良好的電極潤濕性以降低界面電阻，以及高穩(wěn)定性從而確保安全。

固態(tài)鋰電池作為下一代鋰電池技術(shù)，將成為各領(lǐng)域電動化過程中技術(shù)、產(chǎn)品、市場向上突破的關(guān)鍵鑰匙，以其高安全、高能量密度的優(yōu)勢在各個領(lǐng)域開拓出藍(lán)海市場。固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化雖然曙光已現(xiàn)，但依然任重道遠(yuǎn)。清陶愿與更多合作伙伴同行、共生、共同成長，快速推進(jìn)固態(tài)動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化，盡早為用戶提供更安全、更耐用的儲能與動力電池產(chǎn)品。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）

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