中國粉體網訊  10月27日，中國科學院青島生會能源與過程研究所傳來喜訊：該所崔光磊研究員、馬君副研究員與天津理工大學李超博士、羅俊教授，中國科學院物理研究所谷林研究員合作，首次實現硫化物基固態電池界面鋰傳輸的原位可視化和內電場調控。

據介紹，采用硫化物固態電解質的固態電池具有高安全、高能量密度、長循環壽命等優勢，預計將比現有電池更輕、更持久、更安全、更便宜，因此被認為是下一代動力電池的發展方向之一，豐田、三星、Solid Power、寧德時代等行業巨頭對這一前瞻技術也都進行了積極布局。然而，硫化物固態電解質的界面電荷傳輸困難和界面穩定性差等瓶頸問題嚴重制約了電池的安全性、能量密度、循環壽命和快充性能，導致固態電池的產業化仍然面臨各種阻礙。因此，亟需發展界面高速傳輸和界面穩定化等固態電池關鍵技術，突破上述瓶頸，進而推動硫化物固態電池早日上市。

據了解，崔光磊帶領的固態能源系統中心聚焦動力電池發展的關鍵，立足前沿，獨辟蹊徑，發展了多項硫化物固態電池界面高速傳輸和穩定化關鍵技術，取得了一系列重要成果，為解決固態電池產業化發展的難題奠定了研究基礎。2017年，通過仿生模擬設計了一種聚合物導電纖維增韌技術，提高了硫化物電解質的斷裂強度（授權專利：ZL201711198632.3）。2018年，基于剛柔并濟的設計理念，利用聚碳酸亞乙烯酯-Li10SnP2S12超分子化學作用，發展了原位聚合一體化固態電池技術，獲得比容量和循環性能優異的LiFe0.2Mn0.8PO4基室溫固態鋰電池（ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 13588-13597）。2019年，在深入認識有機無機復合電解質鋰傳輸機制和構效關系的基礎上，設計了具有三維雙連續導電相的聚合物-硫化物復合電解質，提出并發展了離子和電子傳輸通道的原子尺度原位生成技術，實現電子、離子快速傳輸（室溫離子電導率可達10-3 S cm-1數量級以上），為開發高安全、高容量、快速充放電的固態鋰電池提供了有力的技術支撐（專利：201910451384.1；201911342394.8）。

近日，崔光磊，馬君與李超、羅俊，谷林等研究員科研合作，采用原位掃描透射電鏡差分相襯成像技術首次實現了鈷酸鋰/硫化物電解質界面鋰離子傳輸的可視化研究，并且通過設計制備具有非連續分布鈦酸鋇（BaTiO3）納米單晶顆粒的界面結構，證明了一種新型的內建電場和化學勢耦合技術改善界面鋰傳輸的可行性，為改善界面鋰離子傳輸和提升電池快充性能提供了新的技術方案，專利：202011101181.9，自然通訊期刊（Nature Communication）已接收。基于上述研究進展，從超分子化學和界面構效關系的角度加深硫化物固態電池的關鍵科學問題理解，并且為理性設計高能量密度固態鋰金屬電池和解決其技術瓶頸提供了建設性方案（Adv. Mater. 2019, 31,1902029；Matter 2020, 2, 805-815）。

圖1（a）原位掃描透射電鏡差分相襯成像技術工作原理示意圖；（b）鈷酸鋰/硫化物固態電解質界面鋰傳輸行為的原位掃描透射電鏡差分相襯成像結果；（c）內建電場和化學勢耦合技術改善界面鋰傳輸機制示意圖。

（中國粉體網編輯整理/星屑）

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