近日，由中國石油大學(華東)與上海空間電源研究所聯合完成的高比能、高安全性鋰二次電池材料開發與應用項目，憑借在鋰二次電池材料領域的多項突破性成果，獲得山東省科學技術獎技術發明一等獎。
近年來，新能源汽車、航空航天等領域快速發展，對鋰二次電池的比能量和安全性提出了更高要求。我國新能源戰略規劃及航空航天重大工程明確提出，未來電池比能量需提升至500瓦時/千克以上，但當前傳統鋰離子電池依賴高鎳三元正極、硅碳負極和有機電解液的組合，比能量已接近350瓦時/千克的理論極限，且存在嚴重安全隱患。
采用固態電解質替代有機電解液的固態電池，被視為解決上述問題的關鍵方法，但固態電池面臨內阻大、固/固界面不穩定等瓶頸。為此，項目團隊圍繞固態電解質的離子傳輸能力和界面穩定性展開攻關，通過材料結構設計與工藝創新，形成了一系列原創性技術成果。
一是優化離子傳輸通道提升電解質性能。團隊發明了局域亞穩態可控構筑技術，通過雜環聚合物“錨定”構筑亞穩態結構，優化離子極化環境，降低離子傳輸能壘；同時發展“動態限域擴散”方法，通過動態高壓固相制備技術擴大離子通道，消除結構缺陷導致的通道堵塞。由此開發的氧化物固態電解質，離子電導率達3.6毫西門子/厘米，電化學窗口大于6.0伏，為高比能電池提供了高性能電解質材料。
二是穩定固/固界面保障電池循環性能。針對金屬鋰負極與固態電解質界面不穩定的問題，團隊開發了共軛骨架電解質新體系，其“給—受”結構可高效解離鋰鹽，顯著降低界面極化，使固態電池鋰離子轉移數達0.839，對鋰穩定性超10500小時。同時，團隊采用聚合物輔助表面無定形化技術消除晶面錯位，降低界面阻抗，使復合材料離子輸運性提升138%。
三是創新制造技術實現高均一度全固態電池量產。團隊發明了電極片梯級界面逐層構筑技術，通過流延成型結合物理沉積，實現階梯式電極結構可控構筑，平衡了電池高功率特性與循環穩定性。他們開發的國內首套高致密、高均一薄膜固態鋰電池制備技術，將固態電解質界面阻抗降低90%，制備的固態電池體積能量密度達1070瓦時/升，接近商業鋰電池的2倍。
截至目前，該項目已授權發明專利30項，發表SCI論文134篇。項目組成員獲國家“杰出青年”基金、“萬人計劃”科技創新領軍人才等多項榮譽。
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