中國粉體網(wǎng)訊  近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所又公布了一項固態(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)異的力學性能、離子電導率以及應(yīng)力耗散特性可有效抑制電池內(nèi)部應(yīng)力不均導致的機械力失效。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

研究團隊針對目前干法制備過程中各組分分散不均問題，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Li6PS5Cl進行預混，較低壓力下（≤5MPa）熱壓成型，誘導TPA在硫化物顆粒間隙滲透，構(gòu)建聚合物逾滲網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)超薄成膜（厚度≤25μm）的同時，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率（2.1mS/cm）。

SX-CT對應(yīng)力耗散機制的解析

使用同步輻射X射線斷層掃描（SX-CT）對循環(huán)過后的對稱電池進行觀測，發(fā)現(xiàn)該超薄膜能夠有效抑制循環(huán)過程中因電極體積膨脹帶來的界面分離和電解質(zhì)碎裂等問題，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行過程中的不均勻內(nèi)應(yīng)力，降低力機械失效風險。

一體化硫化物全固態(tài)電池的長循環(huán)性能

研究團隊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，適配鋰銦負極，707次循環(huán)后容量保持率大于80%；適配純硅負極（μSi），478次循環(huán)后容量保持率大于80%，可循環(huán)2000次。在高負載NCM83（28.5 mg·cm-2）||μSi全電池中，經(jīng)過9200小時、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10000小時，進一步提升NCM83載量到53.1 mg·cm-2，其能量密度超過390 Wh/kg，1020 Wh/L，高于目前文獻所報道的高鎳三元體系的硫化物全固態(tài)電池。研究團隊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)具有出色的實用性潛力，對硫化物全固態(tài)電池的商業(yè)化具有重要意義，為全固態(tài)電池未來科學研究和工藝技術(shù)發(fā)展提供有力參考。

作者簡介

崔光磊，研究員，博士生導師，國家新能源汽車專項高比能固態(tài)鋰電池技術(shù)項目首席科學家，國家級人才，國家杰出青年科學基金獲得者，國務(wù)院特殊津貼專家。獲山東省自然科學一等獎、青島市自然科學一等獎等獎項。2005年于中國科學院化學所獲得有機化學博士學位，2005年9月至2009年先后在德國馬普協(xié)會高分子所和固態(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程所工作，現(xiàn)任中科院青島能源所學位委員會主任、學術(shù)委員會副主任，青島儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院執(zhí)行院長、能源應(yīng)用技術(shù)研究室主任，國際聚合物電解質(zhì)委員會理事、國際儲能創(chuàng)新聯(lián)盟理事、中國化學會電化學委員會委員、中國化學會有機固體專業(yè)委員會委員等。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、器件等方面的國際權(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，青島生物能源與過程研究所研究員，博士生導師。泰山學者青年專家、中科院青年中國科學院青年創(chuàng)新促進會入選者，2012年博士畢業(yè)于中科院青島生物能源與過程研究所，師從崔光磊研究員。申請人從事鋰金屬界面設(shè)計及相關(guān)機理研究。近年來共發(fā)表SCI學術(shù)論文94篇，他引5200余次，個人H-index 42。近五年在 Angew. Chem. Int. Ed，Adv. Mater.，Mater. Today，Adv. Energy Mater.，Chem. Mater.，等國際權(quán)威學術(shù)期刊上以第一作者或通訊作者發(fā)表SCI論文35篇，承擔包括中科院先導A子課題、國家重點研發(fā)計劃子課題在內(nèi)共4個項目，累計經(jīng)費超過1500萬。授權(quán)專利12項，在17年、18年分別以第三完成人身份獲得青島市、山東省自然科學獎一等獎各一次。

參考來源：

中國科學院青島生物能源與過程研究所

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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