探索全固態軟包電池產業化青島能源所已建立實驗室生產線

電池網 2022-07-07 14:33:40

來自中國科學院青島生物能源與過程研究所（下文簡稱：青島能源所）的消息顯示，該研究所武建飛研究員帶領的先進儲能材料與技術研究組，在硫化物全固態鋰離子電池領域的基礎科學問題和電池規模化制備技術方面，取得了一系列突破性新進展。相關成果發表在國際期刊《化學電化學》上。論文第一作者為高靜，通訊作者為武建飛研究員。上述工作獲得了國家自然科學基金、中科院潔凈能源實驗室合作項目、山東省重大國際合作項目、山東能源研究院重點項目等的支持。

據悉，硫化物全固態鋰離子電池憑借高能量、快速充放電、低溫性能好以及高安全性、長壽命等優點，開創性地解決了液態鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問題，成為一項顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質具有眾多優勢，使硫化物全固態鋰電池高能量密度和高倍率性能兼備。世界眾多車企紛紛投入硫化物全固態鋰電池的研發，并發布量產計劃。

硫化物全固態鋰離子電池的關鍵核心材料是硫化物電解質，目前已報道的硫化物電解質的室溫離子電導率達到了10-3~10-2S·cm-1，能夠與商品化鋰離子電池所用有機電解液的離子電導率相媲美。

多年來，青島能源所武建飛團隊致力于開發高性能硫化物固體電解質，利用高通量計算方法，開發出高電導率的硫化物固體電解質，其室溫離子電導率均達到國際水平。并且已建立硫化物固體電解質中試生產線，具備公斤級批量制備能力。

在此基礎上，針對硫化物電解質空氣穩定性的研究，該科研團隊近期又取得關鍵性進展，通過軟酸Sb5+和硬堿O2-對Li10SnP2S12電解質進行雙摻雜，一方面束縛了S2-從晶格中逃逸，避免生成H2S；另一方面增強了P-S鍵的強度，抑制了電解質在高電位下氧化為P2S5和S。在-10℃露點下，空氣穩定性較Li6PS5Cl提高近20倍，從而獲得了兼具高離子電導率、電化學穩定性和空氣穩定性優異的硫化物電解質材料。

圖1空氣穩定硫化物電解質

為了突破硫化物全固態軟包鋰電池工業化制備的技術瓶頸，該科研團隊自主創新了多項關鍵技術：制備出厚度低于20μm的超薄電解質膜技術；開發高穩定性電極包覆技術；構建了穩定的電極/電解質界面技術；勻漿、涂布、電極成型等技術；成功開發出具有優異倍率和低溫性能的軟包電池（10C（6min）倍率下充電，容量達到63.5%，-40℃下放電容量達31%）；率先突破全固態軟包鋰電池循環壽命差的技術難點，成功開發出長循環壽命的全固態軟包鋰電池，循環850次，容量保持率為94%。