固态电池|固态电池：“替补”何时成“主力”( 二 ) 锂电池|固态电解质|替补|主力

新路径深根“固”本
“全固态锂电池是革命性技术，未来十年是固态电池破壁的时期。”物理所研究员黄学杰在第七届中国电动汽车百人会论坛上表示。
然而，从“液态”转向“固态”的每一步都十分艰难。“电解质是锂离子传输的重要媒介，对电池的性能至关重要。传统锂电池的电解质是电解液，电解液具有流动性，可以充分浸润正负极材料表面，因此易于与正负极活性材料保持良好接触。”李泓解释道。
相反，固态锂电池使用了固态电解质，简单引入不易发生体积形变的固态电解质材料后，与正负极活性材料的接触由原来的持续柔性的面接触改变为更多的硬的点接触，因此简单直接在电芯中引入固态电解质往往会带来固固界面接触不良的问题。
李泓告诉《中国科学报》，目前，传统全固态电池的开发主要是聚合物固态电池、薄膜固态电池、硫化物固态电池、氧化物固态电池四种技术路线， “这些技术路线基于不同种类的固态电解质材料，各具优势和挑战。”
其中，薄膜固态电池和氧化物固态电池难以研制大容量的动力或储能电池；聚合物固态电池体系受限于现有的PEO材料体系，无法在室温下工作且难以兼容高电压正极；硫化物固态电池则面临电解质对空气敏感、制造条件苛刻、原材料昂贵、规模化生产技术不成熟等问题。
究竟选择怎样的固态电池体系？面对传统路径的瓶颈，李泓团队陷入深思， “从液态到全固态中间应该存在一个‘固液混合’电池技术路径。”
2013年，李泓和物理所团队一起，结合液态锂离子电池与全固态锂电池积累的知识、材料体系和设计理念，另辟蹊径地提出了基于“原位固态化”混合固液电解质锂电池的构想。
“原位固态化的路径之一是在电芯制造过程中引入可以发生聚合反应的液体，先通过注液保持液体与电极材料之间良好的物理接触，再通过化学或者电化学反应，将液体部分或者全部转化为固体电解质，实现良好的电解质与电极材料的接触，综合平衡高电压、安全性、高倍率等综合性能。”李泓解释道。
在他看来，相较于现有的技术路线，原位固态化技术一方面易于解决固固界面接触的关键难题，另一方面有望兼容现有液态锂电池的大部分制备工艺，易于更快实现规模量产。

文章图片
高能量、高安全混合固液电池系统及应用：高能量、长寿命无人机电池组（左上），高功率智能储能电柜（右上），高能量混合固液动力电池系统（左下），混合固液动力电池装车示范（右下）李泓供图
经过两年攻坚克难，团队使用原位固态化技术有效抑制了锂枝晶的生长。随即，庞大的“亲友团”合力把原位固态化技术推上了应用的“快车道” 。
物理所通过对固化体系进行计算提供理论指导、北京卫蓝新能源科技有限公司进行实验验证和工程化放大、怀柔和溧阳团队进行固态电池失效分析……从机理提出，到实验验证、工程化放大，再到后期失效分析的全流程，在“大家庭”的支持下快速完成。
“固态电池研发的每一个问题都是难题，每一个难题都需要团队协作，我们团队始终秉持尊重科学、原始创新、深度思考、极致执行、兼收并蓄、一往无前的精神，永葆初心、牢记使命，坚信一定能实现锂离子电池技术的进步和固态电池的落地。”李泓感言。

固态电池|固态电池：“替补”何时成“主力”( 二 )

猜你喜欢