硫化物全固態(tài)鋰離子電池憑借高能量、快速充放電、低溫性能好以及高安全性、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn),開(kāi)創(chuàng)性地解決了液態(tài)鋰電池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列問(wèn)題,成為一項(xiàng)顛覆性前沿科技。硫化物固體電解質(zhì)具有電位窗寬、電壓高;輸率為 1(液體為 0.5),傳輸速率快;無(wú)溶媒核,擴(kuò)散速度快;界面副反應(yīng)少;高溫下(60℃)不氧化、低溫下不凝固等優(yōu)勢(shì),使硫化物全固態(tài)鋰電池同時(shí)兼有高能量密度和高倍率性能,是電動(dòng)汽車電源的最佳選擇,世界眾多車企紛紛投入硫化物全固態(tài)鋰電池的研發(fā),并發(fā)布了量產(chǎn)計(jì)劃。
青島能源所武建飛研究員帶領(lǐng)的先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組,堅(jiān)持關(guān)鍵材料與工藝技術(shù)研發(fā)為一體,深耕硫化物全固態(tài)鋰離子電池領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和電池規(guī)?;苽浼夹g(shù),近年來(lái)取得了一系列突破性進(jìn)展。
硫化物全固態(tài)鋰離子電池的關(guān)鍵核心材料是硫化物電解質(zhì),目前已報(bào)道的硫化物電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到了10-3~10-2S cm-1,已超過(guò)液態(tài)鋰離子電池的電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。多年來(lái),團(tuán)隊(duì)致力于開(kāi)發(fā)高性能硫化物固體電解質(zhì)(Journal of Alloys and Compounds;專利 202110579229.5),利用高通量計(jì)算方法,開(kāi)發(fā)出高電導(dǎo)率的硫化物固體電解質(zhì),其室溫離子電導(dǎo)率均達(dá)到國(guó)際水平。并且已建立硫化物固體電解質(zhì)中試生產(chǎn)線,具備公斤級(jí)批量制備能力。
在此基礎(chǔ)上,針對(duì)硫化物電解質(zhì)空氣穩(wěn)定性的研究,近期又取得關(guān)鍵性進(jìn)展,相關(guān)成果發(fā)表在 ChemElectroChem,通過(guò)軟酸 Sb5+和硬堿 O2-對(duì) Li10SnP2S12 電解質(zhì)進(jìn)行雙摻雜,一方面束縛了 S2-從晶格中逃逸,避免生成 H2S;另一方面增強(qiáng)了 P-S 鍵的強(qiáng)度,抑制了電解質(zhì)在高電位下氧化為 P2S5和S。在-10℃露點(diǎn)下,空氣穩(wěn)定性較 Li6PS5Cl 提高近 20 倍,從而獲得了兼具高離子電導(dǎo)率、電化學(xué)穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性優(yōu)異的硫化物電解質(zhì)材料。
為了突破硫化物全固態(tài)軟包鋰電池工業(yè)化制備的技術(shù)瓶頸,團(tuán)隊(duì)自主創(chuàng)新了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):制備出厚度低于 20μm 的超薄電解質(zhì)膜技術(shù);開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性電極包覆技術(shù);構(gòu)建了穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面技術(shù);勻漿、涂布、電極成型等技術(shù);成功開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)異倍率和低溫性能的軟包電池(10C(6min) 倍率下充電,容量達(dá)到 63.5%,-40℃下放電容量達(dá) 31%);率先突破全固態(tài)軟包鋰電池循環(huán)壽命差的技術(shù)難點(diǎn),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) 850 次,容量保持率為 94%。
目前,團(tuán)隊(duì)完成了實(shí)驗(yàn)室技術(shù)制造,已建立一條全固態(tài)軟包電池實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)線,探索出硫化物全固態(tài)電池生產(chǎn)模式,為推動(dòng)高性能、低成本、大容量、高安全硫化物全固態(tài)軟包電池的工業(yè)化生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。
原標(biāo)題:青島能源所在硫化物全固態(tài)鋰離子電池開(kāi)發(fā)中取得新突破