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固態電池又有新突破(po)。

據中國科學院青島生物能源與過程研究所消息，近日該所固態能源系統技術中心研究團隊利用熔融黏結技術，干法制備出具有出色柔韌性的超薄硫化物固態電解質膜，其優異的力學性能、離子電導率以及應力耗散特性可有效抑制電池內部應力不均導致的機械失效。運用該方法制備出的一體化全固態電池具有優異的界面穩定性、長循環性能。

圖片來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所官網截圖

研究團隊(dui)針對(dui)目前干法制備過(guo)程中各組分分散不均問題，提出(chu)低(di)(di)(di)壓力(li)制備的(de)(de)熔融粘結策(ce)略，在粘流態下將低(di)(di)(di)粘度(du)的(de)(de)熱塑(su)性聚酰胺（TPA）與硫(liu)化(hua)物(wu)(wu)Li6PS5Cl進行預混，較低(di)(di)(di)壓力(li)下（≤5MPa）熱壓成型，誘導TPA在硫(liu)化(hua)物(wu)(wu)顆粒間隙(xi)滲透(tou)，構(gou)建聚合物(wu)(wu)逾滲網絡(luo)，實現(xian)超薄(bo)成膜（厚度(du)≤25μm）的(de)(de)同(tong)時，兼具優異的(de)(de)柔韌性、熱塑(su)性、可彎曲(qu)性、拉伸性和較高(gao)離子(zi)電導率（2.1 mS/cm）。使用(yong)同(tong)步輻射(she)X射(she)線斷層(ceng)掃描（SX-CT）對(dui)循(xun)環過(guo)后的(de)(de)對(dui)稱電池進行觀測，發(fa)現(xian)該超薄(bo)膜能(neng)夠有(you)效抑制循(xun)環過(guo)程中因電極(ji)體積膨脹帶(dai)來(lai)的(de)(de)界(jie)面分離和電解質(zhi)碎裂等問題，保(bao)持界(jie)面穩定，證明(ming)在固態電解質(zhi)內部構(gou)建完整的(de)(de)聚合物(wu)(wu)逾滲網絡(luo)，不僅有(you)利于其薄(bo)層(ceng)化(hua)，更有(you)利于耗散電池運行過(guo)程中的(de)(de)不均勻內應力(li)，降(jiang)低(di)(di)(di)力(li)機械失效風險。

圖1 硫化物固態電解質膜的照片和SEM展示以及SX-CT對應力耗散機制的解析。圖片來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所官網

研究(jiu)團隊以正極(ji)和薄層(ceng)電解質的界面熔(rong)融(rong)粘結(jie)為策(ce)略(lve)(lve)，制備出的一(yi)體化(hua)全(quan)(quan)固(gu)態(tai)電池，適(shi)配(pei)鋰銦負極(ji)，707次(ci)循環后容量(liang)(liang)保(bao)持率(lv)大(da)(da)于80%；適(shi)配(pei)純硅負極(ji)（μSi），478次(ci)循環后容量(liang)(liang)保(bao)持率(lv)大(da)(da)于80%，可(ke)循環2000次(ci)。在高負載NCM83（28.5 mg·cm-2）||μSi全(quan)(quan)電池中，經過9200小時、1400次(ci)循環后，其(qi)面容量(liang)(liang)保(bao)持大(da)(da)于2.5 mAh·cm-2，循環壽命超(chao)過10000小時，進(jin)一(yi)步提升NCM83載量(liang)(liang)到(dao)53.1 mg·cm-2，其(qi)能量(liang)(liang)密度(du)超(chao)過390 Wh/kg，1020 Wh/L，高于目前(qian)文獻所報道(dao)的高鎳三元體系的硫化(hua)物全(quan)(quan)固(gu)態(tai)電池。研究(jiu)團隊基于該(gai)策(ce)略(lve)(lve)分別組裝(zhuang)了Bipolar（5-8.5V）和高面載量(liang)(liang)（2.79 mAh/cm2）單片軟包二次(ci)電池，表明熔(rong)融(rong)黏結(jie)技術具有出色的實用性潛力，對硫化(hua)物全(quan)(quan)固(gu)態(tai)電池的商業化(hua)具有重要意義，為全(quan)(quan)固(gu)態(tai)電池未來科學研究(jiu)和工(gong)藝技術發展提供有力參考(kao)。

圖2 一體化硫化物全固態電池的長循環性能。圖片來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所官網

據悉，基于硫化(hua)物(wu)固態電解(jie)質的(de)(de)全(quan)固態二(er)次電池被認(ren)為是最(zui)具潛力的(de)(de)下一代新能源體系之一，其(qi)中聚合物(wu)/硫化(hua)物(wu)復合薄(bo)層化(hua)電解(jie)質的(de)(de)制(zhi)備是該類電池大幅提升能量密度(du)和大規模生產的(de)(de)最(zui)關鍵技術之一。特別是干(gan)法制(zhi)造技術，因其(qi)環保、經(jing)濟效(xiao)益高、利于制(zhi)備厚電極并規避有機溶劑等優勢，受(shou)到(dao)廣泛青睞。現(xian)今主要基于聚四氟(fu)乙烯（PTFE）粘(zhan)結劑成纖化(hua)的(de)(de)主流無溶劑工藝(yi)存在粘(zhan)結性不佳、機械性能差(cha)、界面電化(hua)學不穩定等劣勢。

據證券時(shi)報(bao)，目(mu)前，液態(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)為全球(qiu)鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)主流技術，工藝(yi)及供應(ying)鏈(lian)成熟，成本低，但電(dian)(dian)(dian)池(chi)本征(zheng)安全問題(ti)及能量(liang)密度限制(zhi)其進一步發展。全固態(tai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)使用固體(ti)電(dian)(dian)(dian)解質替代易(yi)燃易(yi)爆的電(dian)(dian)(dian)解液，實現(xian)電(dian)(dian)(dian)池(chi)本征(zheng)安全，同(tong)時(shi)可以應(ying)用更高(gao)比容量(liang)的正負極材料(liao)，打開鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)能量(liang)密度天(tian)花板，成為全面提升鋰電(dian)(dian)(dian)池(chi)性能的必然(ran)選(xuan)擇。

根(gen)據不同(tong)的電解(jie)質(zhi)類型，固態電池主(zhu)要(yao)包括(kuo)聚合物(wu)、氧化(hua)物(wu)、硫化(hua)物(wu)三種技術路線。相比其(qi)他(ta)兩類材質(zhi)的固態電池，硫化(hua)物(wu)電解(jie)質(zhi)離子電導率最(zui)高，電化(hua)學窗口(kou)寬，柔度和可塑性好，是目前最(zui)理想的固態電解(jie)質(zhi)之一。

目前海外主要企業如Solid Power、豐田、三星SDI等企業均選擇硫化物路線作為固態電池技術方向，并以研發全固態電池為主；國內企業如衛藍、清陶等均選擇氧化物路線，并先行研制、生產半固態電池。雖各企業技術路徑選擇具有一定差異，但從現有趨勢來看，氧化物與半固態、硫化物與全固態成為主流搭配，硫化物或成為全固態電池終局技術路徑。

該研究(jiu)(jiu)(jiu)團隊(dui)的研究(jiu)(jiu)(jiu)成果對硫化物全固(gu)態電池(chi)的商(shang)業化具有重(zhong)要意義，為全固(gu)態電池(chi)未來科學研究(jiu)(jiu)(jiu)和工藝技術發展提供了有力參考。

A股(gu)市場上，多家公司近期(qi)通過互動平臺(tai)透(tou)露了(le)其布局進(jin)展情況。

藍海華騰投資的(de)高(gao)能(neng)時代硫化物全(quan)(quan)固態鋰電(dian)池研發進展順利，目前已(yi)經(jing)完成20Ah級全(quan)(quan)固態電(dian)芯(xin)A樣開(kai)發，同(tong)時高(gao)能(neng)時代正(zheng)在搭建(jian)中試線，預計2024年年底可以(yi)實(shi)現5Ah以(yi)內(nei)小電(dian)芯(xin)量產。該股近期表現強勢，月K線已(yi)三連陽，股價(jia)自2月低(di)點(dian)的(de)最高(gao)漲(zhang)幅超(chao)200%。

廈鎢新能在固(gu)(gu)態電池正(zheng)極材料(liao)方面，聚焦于正(zheng)極材料(liao)與(yu)固(gu)(gu)態電解質的匹配問題，在鹵化(hua)物(wu)和(he)硫化(hua)物(wu)全固(gu)(gu)態電池均實現初期量產(chan)。

容(rong)百科(ke)技(ji)(ji)已完成(cheng)硫化物、氧(yang)化物等多種固態電解質材料(liao)的開(kai)(kai)發，并且成(cheng)功開(kai)(kai)發濕法、干電極制備固態電解質膜技(ji)(ji)術，已與海內外客戶展(zhan)開(kai)(kai)合作，并獲得(de)客戶好評。

當升科技在固態鋰電(dian)正極材料及(ji)固態電(dian)解(jie)質領域已開展多年研發(fa)投入，已系統(tong)布局氧(yang)化(hua)物(wu)、硫化(hua)物(wu)、聚合(he)物(wu)等主流固態電(dian)池(chi)用關鍵材料技術路線(xian)，可應用于半固態及(ji)全(quan)固態電(dian)池(chi)，相關固態鋰電(dian)產(chan)品已實現批量銷售。

恩捷(jie)股份(fen)在3年前就布局了(le)全(quan)固態項目，主要(yao)從(cong)事全(quan)固態硫化物、固態電解質等相關材料的研發(fa)工(gong)作，并于2023年實現了(le)技(ji)術和量產上的突破。

每日經濟新聞綜合中國科學院青島生物能源與過程研究所、證券時(shi)報、公開信息

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封面圖片來源：每經記(ji)者 孔澤(ze)思 攝