中國粉體網(wǎng)訊  目前為止，研究較多的固態(tài)電解質(zhì)有3類：氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物固態(tài)電解質(zhì)。

氧化物固態(tài)電解質(zhì)離子導(dǎo)電率適中，剪切模量高，電化學(xué)窗口寬，對空氣穩(wěn)定，但是部分氧化物與電極接觸時會發(fā)生副反應(yīng)。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其高電導(dǎo)率（如Li₁₀GeP₂S₁₂，離子電導(dǎo)率達到了10^-2S/cm，甚至超越了液態(tài)電解液）而廣受研究者的關(guān)注，但是空氣環(huán)境中易生成有毒的H₂S氣體，此外，電化學(xué)/化學(xué)穩(wěn)定性、與電極材料的兼容性、成本等方面也存在挑戰(zhàn)。

聚合物固態(tài)電解質(zhì)質(zhì)量輕，易形成彈性良好的薄膜，但是其離子電導(dǎo)率低、機械性能差，不能匹配高壓正極材料。

為了深入了解固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展狀況，中國粉體網(wǎng)邀請到了中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心的鞠江偉博士做客對話訪談，聊聊其課題組首創(chuàng)的“剛?cè)岵�濟”聚合物�?fù)合固態(tài)電解質(zhì)。

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所

固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心

由該所研究員崔光磊于2009年組建

歷經(jīng)11年科研攻關(guān)

在國際上首創(chuàng)“剛?cè)岵�濟”聚合物�?fù)合固態(tài)電解質(zhì)

秉承“功（率）能（量）兼?zhèn)洹钡南到y(tǒng)設(shè)計理念

開發(fā)出具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的高比能

高安全、高耐深海壓、長使役壽命的

固態(tài)鋰電池及深海特種電源系統(tǒng)

粉體網(wǎng)：請問鞠博士，目前您及您的課題組的研究方向主要有哪些方面？

鞠博士：固態(tài)鋰電池是我們實驗室最主要的研究方向，圍繞這一研究方向，我們具體進行：

（1）固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計開發(fā)，包括硫化物、氧化物、聚合物及復(fù)合電解質(zhì)；

（2）電極-電解質(zhì)固-固界面優(yōu)化，包括固-固界面的接觸優(yōu)化、正負極與電解質(zhì)界面相容性優(yōu)化；

（3）具有特定功能材料的開發(fā)，例如耐氧化、耐還原硫化物電解質(zhì)材料，兼顧離子、電子電導(dǎo)及儲鋰能力的硫化物材料。

除固態(tài)鋰電池外，我們實驗室在低成本固態(tài)鈉離子電池、固態(tài)鋅離子等方向有多年的研究積累并取得了較好的研究進展。

粉體網(wǎng)：基于目前氧化物、硫化物、聚合物固態(tài)電解質(zhì)，您覺得復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)會是未來的趨勢嗎？

鞠博士：是的，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)是大勢所趨。因為單一電解質(zhì)各有利弊，唯有復(fù)合才能取長補短。像氧化物、硫化物電解質(zhì)雖然電導(dǎo)率高，但是質(zhì)地硬脆，不易工程化操作且與電極固固接觸相容性差；而聚合物電解質(zhì)室溫電導(dǎo)率低，但柔軟、易加工。因而二者復(fù)合之后的電解質(zhì)兼顧了電導(dǎo)率、固固界面相容性和可加工性的優(yōu)勢。例如聚環(huán)氧乙烷與氧化物的復(fù)合電解質(zhì)，聚四氟乙烯與硫化物的復(fù)合電解質(zhì)的優(yōu)異性能都顯示出復(fù)合電解質(zhì)未來商業(yè)化的潛力。我們實驗室開發(fā)的具有“三相滲流”結(jié)構(gòu)特征的硫化物-聚合物復(fù)合電解質(zhì)室溫下Li⁺電導(dǎo)率高于3mS/cm，其Li⁺輸運能力可媲美甚至超過商用電解液。

粉體網(wǎng)：能講一下您在固態(tài)電解質(zhì)固-固界面問題方面做了哪些改善嗎？

鞠博士：我們已從三個方面成功改善了固態(tài)電池中的固-固界面相容性，

（1）固固界面接觸

我們采用原位聚合的策略，將溶有鋰鹽和引發(fā)劑的聚合物單體溶液注入電芯中，在一定條件下，如加熱，引發(fā)聚合物單體聚合。由于單體溶液具有很好的流動性和浸潤性，因此他們可以填充固固界面之間的孔隙，保證了固固界面的緊密接觸。

（2）高電壓正極

針對硫化物基固態(tài)電池復(fù)合正極中高電壓氧化物正極與硫化物電解質(zhì)的界面反應(yīng)問題，我們通過對正極材料表面包覆如BaTiO₃、LiZrPO₄等材料，實現(xiàn)了二者Li⁺化學(xué)式差之間的順利過渡，抑制了二者之間的（電）化學(xué)反應(yīng)。

（3）硫化物電解質(zhì)

同樣針對上述問題，從硫化物電解質(zhì)的角度出發(fā)，根據(jù)路易斯酸堿理論設(shè)計了新型耐氧化的硫化物電解質(zhì)材料，從本質(zhì)上抑制了二者之間的反應(yīng)。

粉體網(wǎng)：你們課題組所研究的“剛?cè)岵�濟”的�?fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)電池目前體積能量密度可以做到多少？如何提高能量密度？

鞠博士：固態(tài)體積能量密度已超過1000Wh/L。質(zhì)量能量密度達到520Wh/Kg。

目前我們從三個方面提升電池的能量密度：

（1）電解質(zhì)方面

基于高電導(dǎo)率的硫化物電解質(zhì)和新型粘結(jié)劑，通過干法策略開發(fā)超薄的“剛?cè)岵�濟”�?fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜，減小電解質(zhì)占比；

（2）負極方面

目前主要開展無負極和高容量微（納）米硅負極的設(shè)計開發(fā)，從而減小負極占比；

（3）正極方面

我們正與山東豐元化學(xué)股份有限公司合作開發(fā)高容量四元和無鈷正極材料，并通過正極表面包覆，結(jié)合我們開發(fā)的高電導(dǎo)率耐氧化硫化物電解質(zhì)材料，提高了活性物質(zhì)在復(fù)合正極中的占比，增大了正極的厚度，提高了電池中正極的占比，并實現(xiàn)了固態(tài)電池在高面載下的容量正常發(fā)揮，室溫0.1C下達到8mAh/cm²；0.2C下7mAh/cm²。

粉體網(wǎng)：你們課題組所研究的“剛?cè)岵�濟”的�?fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)電池除了之前深海探測領(lǐng)域的應(yīng)用，有沒有布局新能源汽車的考量？

鞠博士：我們一直在積極布局新能源汽車。為此，我們牽頭了“十三五”期間國家重點研發(fā)計劃——新能源汽車專項——高比能固態(tài)鋰電池技術(shù)并已順利結(jié)題。基于該項目制備的“剛?cè)岵�濟”的�?fù)合聚合物固態(tài)電解質(zhì)電池單體能量密度達到350Wh/kg，成功實現(xiàn)了裝車示范。