中國粉體網訊  2023年9月26日，由中國粉體網旗下粉體公開課平臺主辦的“2023高性能固態電解質網絡研討會”成功舉辦！本屆研討會著重探討目前固態電解質的研究現狀和進展，來自中南大學的劉洪濤教授、上海大學的馮吳亮副研究員及上海交通大學的萬佳雨副教授分享了精彩的報告。

中南大學的劉洪濤教授作題為《單鋰離子導電聚合物固態電解質的設計》報告

與常見的雙離子導電聚合物電解質不同，單鋰離子導電聚合物（SLCP）電解質是通過引入特殊基團，將陰離子束縛固定以限制其遷移，從而實現由鋰離子遷移為主的導電機制，其鋰離子遷移數通常高于0.5，理論上可以達到1。高的鋰離子遷移數會大幅度降低濃差極化，抑制鋰枝晶的生長，提升固態電池的充放電循環性能。SLCP固態電解質既可以解決界面問題又可以解決鋰枝晶問題。

首先劉洪濤教授總結了近年來SLCP固態電解質的設計策略，包含聚合物骨架型、無機骨架型和陰離子受體型。

隨后劉洪濤教授列舉了構建SLCP固態電解質的幾種陰離子結構基團及其優缺點：

接著劉洪濤教授介紹了典型SLCP固態電解質的研發狀況，并對存在的問題進行了總結：

最后劉洪濤教授對SLCP固態電解質未來的發展進行了展望：

就研討會中提出的問題，劉洪濤教授作出回答

1.剛才在報告中您說固態電池具有高的安全性，為什么實際上固態電池也會存在安全性問題呢？

答：安全性是相對普通鋰離子電池來說，常見的鋰離子電池一般是用的有機溶劑電解質，具有可燃性，在使用過程中，電解質燃燒后會由液態變為氣態，體積發生膨脹，從而發生爆炸；固態電池的電解質具有不可燃性，固態電解質在刺穿電池后會導致電池失效，并不會發生其他安全性問題。

2.目前全球固態電池處于高速研發階段，您覺得使用單鋰離子導電聚合物固態電解質的固態電池，在未來逐步取代傳統液態電池的可能性高嗎？

答：單鋰離子導電聚合物固態電解質成本比較高，10年之內應用到固態電池的可能性不高，并且目前其電導率還未達到應用要求，需要繼續進行研發。

上海大學的馮吳亮副研究員作題為《高力-化-電-熱穩定性固體電解質的研究與應用》報告

界面穩定性既是固態電池的核心基礎科學問題，亦是重要的技術及工程問題。通過制備高力學、化學、電化學以及熱穩定性的固體電解質以穩定界面體系，是實現固態電池成功應用的關鍵。

馮吳亮副研究員首先從器件角度入手，深入探討上述四類穩定性的決定因素，及其相互作用的基本規律，為固態電池基礎科學問題研究提出新見解。

從材料角度入手，馮吳亮副研究員探討了固態電池的主要技術及工程問題，為固態電池的產業化提供新思路。

就研討會中提出的問題，馮吳亮副研究員作出回答

1.您認為哪種電解質最有可能在工業上大規模量產？

答：2030年以前固液混合電解質為主，單純的聚合物電解質無法實現量產，未來硫化物固態電解質中的LBS固態電解質和氧硫固態電解質可能實現量產。

上海交通大學的萬佳雨副教授作題為《面向高性能全固態電池的新型固態電解質的設計與合成》報告

全固態鋰金屬電池可通過使用不燃的固態電解質替代易燃的有機電解液、以及高能量密度的鋰金屬負極來解決電池安全問題，有望進一步提高鋰電池的能量密度。然而，為避免電池短路，文獻中大多數的固態電解質厚度大于100微米，導致電池能量密度偏低。此外，復合基的固態電解質通常仍易燃，導致基于此的固態電池安全問題仍未解決。

萬佳雨副教授從能量密集型電池用超薄固態電解質的設計與制備和高性能電池用新型固態電解質的設計與合成兩個方面做出了探討。

萬佳雨副教授首先介紹了能量密集型電池用超薄固態電解質的設計與制備。

超薄聚合物復合材料固態電解質

超薄可擴展復合固態電解質

超薄、可擴展、阻燃復合固態電解質

3D Li與超薄固態電解質

通過新型固態電解質材料、結構、和界面的研究，展示厚度可低至5微米，且具有熱穩定性、不易燃性和高機械強度，抵抗鋰枝晶刺穿效果好。

萬佳雨副教授接著介紹了高性能電池用新型固態電解質的設計與合成。

寬電化學穩定窗口、高臨界電導密度的LBS固態電解質

NASICON結構固態電解質的超快合成

超快電池陰極回收

最后萬佳雨副教授做了總結，表示將通過機器學習和超快合成、實現超薄型固體電解質的必要性和指導原則、對鋰金屬進行三維設計等手段，加速新型高性能固態電解質的研發，做出全新的鋰金屬電池。

就研討會中提出的問題，萬佳雨副教授作出回答

1.您認為未來鋰電池固態電解質的重點研究方向在哪方面？

答：超高離子電導率、高化學穩定性等。

2.電解質本身離子電導率還有界面相容性哪一個方面對固態電池性能的影響程度更大呢？

都很重要，界面相容性包括化學穩定性、電化學穩定性、機械穩定性等，若電解質離子電導率高但是界面相容性差，那么此電解質同樣不能使用。