中國粉體網訊 2025年3月18日到19日，由中國粉體網主辦的2025全固態電池技術交流大會暨第一屆干法電極技術研討會在安徽蚌埠隆重召開，會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客對話欄目，進行訪談交流。本期為您分享的是中國粉體網對中國科學院蘭州化學物理研究所副研究員楊燕飛的專訪。
中國粉體網：楊老師，請您簡單介紹一下你們課題組，以及近年來在固態電池領域的研究成果。
楊老師：我們團隊硅基功能材料組隸屬于中科院蘭州化學物理研究所資源能源中心，由張俊平研究員領銜，主要聚焦硅酸鹽黏土與有機硅潤濕性涂層的應用基礎研究，涵蓋仿生超疏液涂層、鋰電池隔膜/固態電解質、太陽能界面蒸發材料等方向。
在固態電池研究方面，我們結合黏土礦物特色資源，圍繞國家能源重大需求，開展了一系列創新研究。前期，我們開發了一系列黏土礦物功能化鋰電池隔膜，揭示了納米結構、表面化學特性及其對鋰電池性能的調控機制（Angew Chem Int Ed、Adv Energy Mater等）。在此基礎上，我們系統研究了五種不同微觀結構的黏土礦物對聚合物復合固態電解質性能的影響，發現納米片狀蒙脫石因其邊緣正電荷可促進鋰鹽解離，形成快速鋰離子傳輸通道。通過丁二腈-鋰鹽插層改性蒙脫石，我們成功制備了高效鋰離子導體材料，大幅提升PEO基復合固態電解質的綜合性能，并闡明了其鋰離子捕獲及界面穩定化機理（Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等）。
為突破傳統納米填料難以形成連續鋰離子傳輸通道的瓶頸，我們受神經元結構啟發，創新性地在蒙脫石表面原位生長有機硅納米線，構建SNFs@蒙脫石超疏水復合材料。該材料顯著提高了PEO基固態電解質的離子電導率、遷移數及氧化穩定性。研究表明，蒙脫石作為鋰離子富集樞紐，而SNFs-PEO界面形成的長程連續通道提供了高效傳輸路徑。進一步在SNFs表面引入電負性官能團，增強了氫鍵網絡穩定性，為高性能固態電解質提供了新思路。
中國粉體網：楊老師，請您介紹一下什么是硅酸鹽黏土復合固態電解質？它具有哪些優勢？
楊老師：硅酸鹽黏土復合固態電解質是以硅酸鹽黏土為主體，通過聚合物基體及功能化納米材料復合構建的新型電解質體系，在固態電池領域展現出獨特優勢：（i）高離子導電性：獨特的納米片狀結構可構建豐富的Li⁺傳輸通道，顯著提升電解質離子電導率;（ii）優異力學性能：通過合理設計，實現剛柔并濟，有效適應電池充放電過程中的體積變化，提升循環穩定性;（iii）界面穩定性：良好的聚合物-無機材料相容性，有助于形成穩定的界面相，提高電化學穩定性。
與傳統無機填料相比，硅酸鹽黏土納米材料具有以下獨特優勢：（i）表面豐富的氧活性位點可通過路易斯酸堿相互作用促進鋰鹽解離，增加自由Li⁺濃度；（ii）天然納米結構可同時增強材料的機械性能；（iii）具有來源廣泛、成本低廉、環境友好等特點，符合可持續發展理念。這些特性使硅酸鹽黏土成為制備高性能復合固態電解質的理想選擇，為下一代固態電池的發展提供了新的材料體系。
中國粉體網：楊老師，您團隊通過有機硅納米線@蒙脫石超疏水納米填料與聚合物電解質復合形成硅酸鹽黏土復合固態電解質，它的構筑機理是什么？
楊老師：在固態電解質中，構建長程連續Li⁺傳輸通道是實現高效離子輸運的核心挑戰。傳統無機填料，如蒙脫石，難以形成穩定的傳輸網絡。我們受神經元結構及信號傳導機制的啟發，創新性地構筑超疏水SNFs@蒙脫石納米填料，形成高效的離子傳輸體系。
仿生神經元結構：通過甲基三氯硅烷在蒙脫石表面可控水解縮合，成功制備有機硅納米線@蒙脫石，其分支結構在PEO基復合固態電解質中構建三維連續離子通道，實現多向高效Li⁺傳輸。
化學增強機制：豐富的表面活性位點增強鋰鹽與聚合物的Lewis酸-堿相互作用，促進鋰鹽解離，提高自由Li⁺濃度；SNFs-PEO界面構筑長程連續通道，確保穩定的鋰離子輸運；SNFs表面接枝電負性官能團，構建穩定的氫鍵網絡，提升界面穩定性與長循環耐受性。
力學強化作用：SNFs的復雜分支結構增強了電解質的補強效果，顯著提升機械穩定性與循環壽命。
這種仿生設計策略突破了傳統填料難以形成穩定連續Li⁺通道的瓶頸，為寬溫域適用的高性能固態鋰金屬電池提供了全新材料體系。
中國粉體網：楊老師，這種硅酸鹽黏土復合固態電解質應用前景如何？
楊老師：硅酸鹽黏土憑借其層狀結構與豐富資源，在固態電解質領域展現出廣闊的應用潛力。其天然納米通道可顯著提升鋰離子傳輸效率，同時，其優異的熱穩定性與機械強度可滿足高安全性固態電池的需求。在下一代高能量密度電池、柔性電子器件、高溫儲能系統等領域，硅酸鹽黏土復合固態電解質具備獨特的優勢。
然而，推動該材料的商業化應用仍需進一步優化制備工藝、結構性能關系研究及界面修飾技術，以充分挖掘其在儲能領域的潛力。隨著技術突破，該材料有望成為新能源領域高值化應用的重要方向，為固態電池的產業化提供關鍵支撐。
中國粉體網：楊老師，你如何看待目前固態電池的發展形勢？商業化還需要多久？
楊老師：固態電池正處于從實驗室研發向產業化轉化的關鍵階段。近年來，在材料開發、界面優化、規模化制備等方面的突破，為其商業化奠定了基礎。目前，高離子電導率固態電解質、界面工程優化、低成本制造工藝的進展正加速固態電池的成熟。
預計在未來5-10年內，固態電池將逐步進入商業化階段，首先應用于高端消費電子與特種領域，隨后擴展至電動汽車和大規模儲能市場。盡管商業化仍面臨成本、工藝、供應鏈等挑戰，但其在安全性、能量密度、循環壽命方面的優勢，使其成為下一代電池技術的重點方向。隨著技術進步和產業鏈完善，固態電池的商業化進程將持續加速。
