上海硅酸盐所张涛:LLZTO材料在固态电池中的界面适配性是关键

科技总是有心情 2024-06-29 13:14:38

摘要:“固态电池已经上升到国家层面,政策方面给予很多支持。”张涛表示,不用纠结于采用哪种固态电池技术路线,最终所要实现的目的都是一样的。固态电池发展,如何实现LLZTO材料在固态电池中的界面适配性是关键。

2024固态电池产业生态圈企业家峰会现场

电池百人会-电池网6月28日讯(常青 林音 江苏苏州 图文直播)6月28日,固态电池行业盛会——2024固态电池产业生态圈企业家峰会在苏州相城举行。本届论坛由中关村新型电池技术创新联盟、电池百人会、苏州市新时代工商管理企业家联合会新能源专委会主办,本次盛会汇聚全球产学研金用等各界力量,围绕“新技术 新赛道 新力量”这一主题掀起头脑风暴,共同探讨固态电池技术的最新进展、面临的挑战、解决方案及未来的发展趋势,推动其商业化进程,搭建起深度沟通、合作的桥梁和纽带。

中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博导、能源中心书记、主任张涛

28日上午,中国科学院上海硅酸盐研究所研究员、博导、能源中心书记、主任张涛在论坛上做了题为《固态锂电池关键材料开发及界面应用技术研究》的主题演讲,分享了固态电池发展趋势、固态电解质表面配位技术、产业化进展等,电池网摘选了其部分精彩观点,以飨读者:

据张涛分享的一组数据显示,全球化石能源消耗急剧增加,环境污染叠加全球变暖等因素,推动可再生能源的快速发展。2019年,诺贝尔化学奖授予约翰·班宁斯特·古迪纳夫教授、斯坦利·惠廷汉姆教授、吉野彰教授,推动锂离子电池发展。

锂离子电池的发展经历四个阶段:萌芽阶段(1976年)、初始阶段(1980年-1986年)、飞速发展阶段(1987年-1996年)、大规模商用化阶段(1997年-至今)。而作为下一代锂电池技术,固态电池从2000年开始进入研发阶段,至今已有多家固态电池企业以及车企宣布研发布局固态电池。

“固态电池已经上升到国家层面,政策方面给予很多支持。”张涛表示,不用纠结于采用哪种固态电池技术路线,最终所要实现的目的都是一样的。全固态电池发展,如何实现LLZTO材料在固态电池中的界面适配性是关键。

据张涛介绍,LLZTO基锂金属电池中正极/电解质界面、负极/电解质界面、电解质内部界面、正极内部界面等都存在不同的技术难题。

固态电解质表面配位是基于对腈基在石榴石型电解质表面的配位化学研究,揭示了强极性基团与电解质晶格金属原子之间的强配位作用,并据此构筑了牢固的电解质/电极界面。

依据表面配位技术,上海硅酸盐所又研发配位增强功能化隔膜,从固态电解质表面金属离子的强配位作用出发,对其表面进行功能化设计,并以商业隔膜为基体,涂覆构筑活性功能层,制备适用于锂金属电池的功能化隔膜。

此外,还包括配位增强复合固态电解质,利用极性基团与固态电解质之间的配位作用,制备SN/PAN共包覆LLZTO高离子电导率的电解质浆料,将浆料用流延法涂覆在电池正极片,制备电极涂覆型超薄固态电解质。

张涛讲道,在产业化方面,2022年7月,上海硅酸盐所和上海洗霸科技股份有限公司签署《合作共建固态电池先进材料联合创新实验室协议书》;同年9月,上海硅酸盐所和上海洗霸科技股份有限公司签署《固态电解质材料技术知识产权转让合同》;同年11月,上海硅酸盐所和上海洗霸科技股份有限公司合资成立“上海科源固能新能源科技有限公司”,专注于固态电解质材料的产业化生产。

进展方面,2023年1月,上海嘉定工厂吨级到十吨级产线第一釜产品投产成功,产品通过上海硅酸盐所各项物化性能测试,达到预期指标;

2023年3月,完成水稳定石榴石型固态电解质粉体开发;同年6月,在上海嘉定工厂完成水稳定石榴石型固态电解质粉体生产线建设;同年10月,完成产品定型,包括常规粉体、水稳定粉体、水性浆料、油性浆料、涂覆隔膜、陶瓷片等。

产能方面,2023年12月,上海洗霸松江基地建设项目开工,新建固态电解质粉体工业化甲类厂房超2500平方米;2024年2月,开始相关产线生产设备的安装与调试工作。

在张涛看来,未来固态电池的发展主要包括以下三点:

氧化物锂离子导体材料已具备产业化宏量生产能力,产品以粉体、浆料、隔膜等形式应用于固态锂电池的电极掺混、隔膜涂覆和电极界面改性等用途。

在固态电解质核心材料自主可控的基础上,持续提高电极/电解质和电极内部的固固界面适配性是固态电池技术发展的关键科学问题(原位固化、配位界面等)。

从工艺设计和工程化平台开发角度,验证和持续提高Ah级固态锂电池的安全、能量密度、循环、倍率和低温性能,是当前工程技术开发的主要问题。

(以上观点根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)

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