- 無(wú)機(jī)硫化物全固態(tài)電池達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平
- 發(fā)布日期：2024-02-01
1月28日，由中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過(guò)程研究所先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組完成的無(wú)機(jī)硫化物全固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目，在青島通過(guò)了由中國(guó)化工學(xué)會(huì)組織的成果鑒定。由中國(guó)科學(xué)院院士、南開(kāi)大學(xué)副校長(zhǎng)陳軍等9位專家組成的鑒定委員會(huì)一致認(rèn)為，該項(xiàng)目通過(guò)自主創(chuàng)新，技術(shù)成熟，研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，部分成果國(guó)際領(lǐng)先。
高安全性、高倍率性、高能量密度、長(zhǎng)壽命、低成本一直是新能源電池技術(shù)發(fā)展的核心方向和追求目標(biāo)，而全固態(tài)電池因其能解決現(xiàn)階段電池存在的局限性而被視為“未來(lái)的電池形態(tài)”。研究組組長(zhǎng)、研究員武建飛的帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)自2016年開(kāi)始布局硫化物全固態(tài)電池的研究工作。
研究組開(kāi)發(fā)了多體系多功能性的硫化物固體電解質(zhì)，最高室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到11mS/cm；通過(guò)濕法球磨制備了粒徑為500～800nm的納米級(jí)硫化物固體電解質(zhì)，改善了與正負(fù)極材料的界面接觸，提升了電池的倍率性能，10C倍率放電比容量提升到常規(guī)電解質(zhì)的2.4倍。通過(guò)構(gòu)建穩(wěn)定的三相界面，制備了高性能全固態(tài)鋰硫電池，該電池在電流密度為1.34mAcm-2的條件下，硫正極展現(xiàn)出1506.3mAhg-1的高比容量，1400次循環(huán)后容量保持率仍達(dá)到70.4%。
針對(duì)硫化鋰正極電化學(xué)反應(yīng)活性差的難題，通過(guò)在原子層面上對(duì)硫化鋰進(jìn)行改性，制備了一種過(guò)渡金屬離子和鹵素雙摻雜的硫化鋰正極，提高了鋰離子在硫化鋰中的擴(kuò)散速率，改善了放電容量和循環(huán)穩(wěn)定性，2C(2.33A/g)放電比容量643.4mAh/g，循環(huán)6000次容量保持率為84.6%。
自主創(chuàng)新了厚度低于20μm的超薄電解質(zhì)膜制備技術(shù)，高穩(wěn)定性電極包覆技術(shù)和電極/電解質(zhì)界面構(gòu)建技術(shù)，勻漿、涂布、電極成型、疊片等軟包電池制備技術(shù)等硫化物全固態(tài)軟包電池工業(yè)化制備的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異倍率、循環(huán)和低溫性能的硫化物全固態(tài)電池，5C倍率放電容量保持率為63.7%，-20℃放電比容量為室溫放電比容量的75%(0.1C)；成功開(kāi)發(fā)出長(zhǎng)循環(huán)壽命的全固態(tài)軟包鋰電池，循環(huán)4000次，容量保持率為80%，率先突破了全固態(tài)軟包鋰電池循環(huán)壽命差的技術(shù)難點(diǎn)。
開(kāi)發(fā)出高穩(wěn)定性電極包覆技術(shù)，并根據(jù)不同的電極材料，選用PVDF-HFP、SBR、SEBS中的一種或幾種粘結(jié)劑進(jìn)行合漿，再通過(guò)轉(zhuǎn)移式涂布機(jī)可進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)百米的連續(xù)涂布，為工業(yè)化批量化生產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
該項(xiàng)目從電解質(zhì)開(kāi)發(fā)、正負(fù)極材料改性及修飾到電池產(chǎn)品制備工藝，申請(qǐng)11項(xiàng)專利，其中獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)。
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