為固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化“添磚加瓦”——安徽大學(xué)朱凌云教授

朱凌云，現(xiàn)為安徽大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，海外引進(jìn)國(guó)家級(jí)專家，享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。主要從事全固態(tài)鋰離子電池材料及其薄膜合成制備研究工作。主持和參與了國(guó)家和省部級(jí)電池材料相關(guān)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利40余件，在固態(tài)電解質(zhì)和電池材料方面獲授權(quán)專利15件。近年來(lái)在全固態(tài)電池三元正極表面包覆、硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成及負(fù)極枝晶研究方面成果明顯，在Nature Communications、AEM、ACS Energy lett.、Energy & Environmental Science等期刊發(fā)表高水平研究論文二十余篇。

主要研究方向

據(jù)了解，安徽大學(xué)材料學(xué)院設(shè)立有全固態(tài)電池實(shí)驗(yàn)室，研究方向聚焦于固態(tài)電解質(zhì)，涵蓋硫化物固態(tài)電解質(zhì)、鹵化物固態(tài)電解質(zhì)以及凝膠態(tài)電解質(zhì)。近年來(lái)，針對(duì)硫化物電解質(zhì)，朱凌云教授團(tuán)隊(duì)同步開(kāi)展從基礎(chǔ)配方到高空氣穩(wěn)定性配方、高離子傳導(dǎo)率配方及其產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研究。現(xiàn)階段的團(tuán)隊(duì)中有3位博士、6位碩士投身于硫化物電解質(zhì)的研究工作。而凝膠電解質(zhì)研究，是朱凌云教授入職安徽大學(xué)后開(kāi)辟的新方向，在新型電解質(zhì)設(shè)計(jì)和凝膠化技術(shù)方面，團(tuán)隊(duì)取得了創(chuàng)新性成果，已投稿兩篇相關(guān)研究論文。

固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化觀點(diǎn)

朱凌云教授作為業(yè)內(nèi)權(quán)威專家，曾多次受邀做客中國(guó)粉體網(wǎng)對(duì)話欄目。在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化方面，朱凌云教授憑借其深厚的學(xué)術(shù)造詣與豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，發(fā)表了極具深度與獨(dú)特價(jià)值的見(jiàn)解。

朱凌云教授表示：“據(jù)我了解，目前國(guó)內(nèi)多家電池企業(yè)已經(jīng)能夠生產(chǎn)出20安時(shí)至60安時(shí)級(jí)別的真正意義上的全固態(tài)電池樣品。針對(duì)中試規(guī)模（例如200兆瓦以下產(chǎn)能）的全固態(tài)電池生產(chǎn)線，也已有多家企業(yè)在投資建設(shè)。現(xiàn)在已有在短期內(nèi)能生產(chǎn)固態(tài)電池的企業(yè)，例如安徽的國(guó)軒高科，今年已有裝車計(jì)劃，目標(biāo)達(dá)到百輛級(jí)別。這表明固態(tài)電池從實(shí)驗(yàn)室走向中試階段的技術(shù)可行性正在被驗(yàn)證?！?/span>

值得注意的是，今年5月份國(guó)軒高科宣布其全固態(tài)電池裝車路測(cè)，其中在固態(tài)電解質(zhì)的研究方面朱凌云教授團(tuán)隊(duì)與國(guó)軒高科有一定的合作，主要集中在固態(tài)電解質(zhì)的基礎(chǔ)成分和基礎(chǔ)工藝研究，包括在硫化物電解質(zhì)的溶劑、電化學(xué)穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性等工作。這些基礎(chǔ)研究為國(guó)軒高科公司的電解質(zhì)研發(fā)和生產(chǎn)提供了一定的技術(shù)保障。

朱凌云教授還表示：“需要明確的是，‘固態(tài)電池’是一個(gè)統(tǒng)稱，其內(nèi)部有不同的技術(shù)路線，可側(cè)重高能量密度或高功率密度等不同特性。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程需要根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景的需求來(lái)推進(jìn)。例如，用一個(gè)經(jīng)過(guò)包覆處理的石墨負(fù)極，可以實(shí)現(xiàn)10C倍率的充放電，并在較低壓力下工作的固態(tài)電池方案，解決了固態(tài)電池在實(shí)用化時(shí)需要高維持壓力的問(wèn)題，但是這個(gè)研究方案的固態(tài)電池能量密度相對(duì)較低。因此，我認(rèn)為如果能夠根據(jù)不同的市場(chǎng)需求，選擇合適的技術(shù)路徑進(jìn)行開(kāi)發(fā)，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程可能會(huì)比預(yù)期更快。”

主要研究成果

1.實(shí)現(xiàn)硫化物全固態(tài)鋰電池5分鐘充放電

朱凌云教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)合作，在硫化物全固態(tài)鋰電池研究領(lǐng)域取得新突破。該研究通過(guò)改性石墨負(fù)極，設(shè)計(jì)了一種低維持壓力下穩(wěn)定運(yùn)行的硫化物全固態(tài)電池，驗(yàn)證了全固態(tài)電池12C（5分鐘）充放電性能。該成果以《Surface-Modified Graphite Anodes for High-Rate Long-Cycling in Sulfide All-Solid-State Batteries》為題發(fā)表在國(guó)際著名期刊《ACS Nano》上。

2.自形成Na₃P/Na₂O界面相的固態(tài)鈉電池用Na₃Zr₂Si₂PO₁₂/Na₃PO₄雙相復(fù)合固體電解質(zhì)

朱凌云、詹孝文教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種含有20 mol% Na₃PO₄的雙相Na₃Zr₂Si₂PO₁₂/Na₃PO₄固體電解質(zhì)，創(chuàng)新性地釋放了Na₃PO₄的潛力。該雙相復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)不僅改善了電解質(zhì)內(nèi)部的快速離子傳輸環(huán)境，同時(shí)該雙相復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與金屬鈉負(fù)極界面自形成的Na₃P/Na₂O相調(diào)控了負(fù)極界面的電化學(xué)行為，在循環(huán)過(guò)程中穩(wěn)定了負(fù)極界面，抑制了鈉枝晶的成長(zhǎng)。該成果以《Self-forming Na₃P/Na₂O interphase on a novel biphasic Na₃Zr₂Si₂PO₁₂/Na₃PO₄ solid electrolyte for long-cycling solid-state Na-metal batteries》為題發(fā)表在國(guó)際知名期刊《Energy Storage Materials》上。

3.系列團(tuán)簇二維晶態(tài)材料用作新型鋰離子固態(tài)電池電解質(zhì)

安徽大學(xué)朱凌云教授、朱滿洲教授、康熙教授以及重慶大學(xué)唐青教授展開(kāi)合作，發(fā)展了團(tuán)簇晶體工程，構(gòu)建了系列團(tuán)簇二維晶態(tài)材料用作新型鋰離子固態(tài)電池電解質(zhì)。具體的，研究團(tuán)隊(duì)利用銀元素構(gòu)成的納米團(tuán)簇作為核心，在其外部包裹一層聚合物，再外接一部分極性基團(tuán)，通過(guò)離子交換定量交換一部分鋰離子，讓這部分鋰離子活躍起來(lái)，形成了一種全新的電解質(zhì)材料。該成果以《Atomically defined two-dimensional assembled nanoclusters for Li-ion batteries》為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Nature Synthesis》上。

4.揭示單鋰枝晶與硫化物電解質(zhì)之間界面層的納米結(jié)構(gòu)

朱凌云教授團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)張興教授團(tuán)隊(duì)利用低溫透射電子顯微鏡，揭示了在不同溫度下單個(gè)鋰枝晶和硫化物電解質(zhì)（SE）之間的界面層的納米結(jié)構(gòu)。該成果以《Nanostructure of the Interphase Layer between a Single Li Dendrite and Sulfide Electrolyte in All-Solid-State Li Batteries》為題發(fā)表在《ACS Energy Letters》上。

信息來(lái)源：

安徽大學(xué)、中國(guó)粉體網(wǎng)、涉及期刊、網(wǎng)絡(luò)公開(kāi)信息等

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