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        基于界面優(yōu)化設(shè)計的高安全長循環(huán)固態(tài)鈉電池研究


        來源:中國粉體網(wǎng)   喬木

        [導讀]  2024年10月29-31日在上?鐕少彆怪行,由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024第二屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會。

        中國粉體網(wǎng)訊  鈉離子電池具有耐低溫、高倍率、低成本等優(yōu)勢,但面臨能量密度的不足的短板。通過電池體系的固態(tài)化,引入高比能電極材料可使鈉電池能量密度提升至200Wh/kg以上,并與傳統(tǒng)鋰離子電池形成匹敵之勢。


        固態(tài)鈉離子電池采用固體電解質(zhì)取代傳統(tǒng)有機電解液解決了電解液揮發(fā)和泄漏帶來的燃燒和爆炸等安全問題。同時,固體電解質(zhì)優(yōu)越的機械性能和熱/化學穩(wěn)定性能改善電池壽命和穩(wěn)定性及實現(xiàn)高能量正極與金屬鈉負極在固態(tài)鈉離子電池中匹配使用;此外,固體電解質(zhì)可實現(xiàn)電池設(shè)計簡化,不需要額外的電解液容器或隔膜組件,從而提升電池的能量密度。


        然而,固體電解質(zhì)作為固態(tài)鈉離子電池的核心材料,目前仍面臨著室溫離子電導率低、電化學窗口窄、與電極界面相容性差和接觸差等問題。


        因此,增強固體電解質(zhì)的Na+電導率、界面兼容性、界面穩(wěn)定性和降低界面阻抗是固態(tài)鈉離子電池性能提升和商業(yè)化應用的關(guān)鍵。其中,正極與固體電解質(zhì)界面阻抗主要源于接觸不緊密、充放電過程中電極體積效應和空間電荷層等,界面穩(wěn)定性問題主要表現(xiàn)為化學反應和界面元素相互擴散;而負極與SEs的界面問題主要為枝晶生長、界面接觸差和界面兼容性差等。


        針對上述問題,目前一般通過表面涂層改性、電極組成調(diào)控、引入界面夾層、設(shè)計新型電池結(jié)構(gòu)等方法來降低SSBs界面阻抗和改善界面穩(wěn)定性。


        正極/固體電解質(zhì)界面可以通過添加界面潤濕劑、制備復合正極材料和復合固體電解質(zhì)等方法來改善;負極/固體電解質(zhì)界面則可以通過表面涂層改性、構(gòu)建固體電解質(zhì)界面層、柔性電解質(zhì)夾層、復合負極材料來改善。


        此外,固體電解質(zhì)與電極材料一體式結(jié)構(gòu)和界面原位固化是目前電極與固體電解質(zhì)界面實現(xiàn)原子級接觸的有效方法,可有效解決固態(tài)鈉離子電池界面Na+傳輸性能差和熱力學穩(wěn)定性差等問題。


        2024年10月29-31日上海跨國采購會展中心,由北京粉體技術(shù)協(xié)會與柏德英思展覽(上海)有限公司聯(lián)合主辦2024第二屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會。屆時,來自上海大學馮吳亮副研究員將作題為《基于界面優(yōu)化設(shè)計的高安全長循環(huán)固態(tài)鈉電池研究》的報告。固態(tài)鈉電池的關(guān)鍵科學與技術(shù)問題均在于界面穩(wěn)定性,本報告將從界面相調(diào)控、電極與固體電解質(zhì)組分優(yōu)化入手,介紹提升界面穩(wěn)定性的重要策略。與此同時,結(jié)合鈉枝晶生長、活性鈉消耗、高阻抗等行業(yè)痛點,提供優(yōu)化設(shè)計思路,為構(gòu)筑高安全、長循環(huán),并同時兼具高比能特征的固態(tài)鈉電池提供設(shè)計與發(fā)展思路。


        專家簡介:


        馮吳亮,男,上海大學副研究員,eScience、CarbonNeutralization期刊青年編委。曾就職于中國航天科技集團,從事動力型鋰離子電池及固態(tài)電池電芯研發(fā)一職,2022年加入上海大學理學院。主要研究方向為固態(tài)鋰/鈉電池、鋰/鈉離子固體電解質(zhì)、金屬鋰/鈉負極等。目前已在《德國應用化學》、《美國化學會》、《先進材料》等國際知名期刊發(fā)表學術(shù)論文50余篇;五項國家發(fā)明獲授權(quán);主持及參與國家級、省部級以及校企聯(lián)合項目十余項。


        參考來源:楊冬榮等《全固態(tài)鈉離子電池及界面改性》、翁偉《鈉離子硫化物固體電解質(zhì)的制備和電化學性能研究》等


        (中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木)

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