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2021年5月25日，由清華大學南策文院士，北京科技大學范麗珍教授，清陶研究院院長何泓材博士，在頂級學術期刊 Nature Reviews Materials （影響因子71.9）共同發(fā)表的學術論文“Tailoring inorganic–polymer composites for the mass production of solid-state batteries”正式刊出。
作為能同時提高能量密度，解決鋰電池安全問題的固態(tài)鋰電池，已經成為下一代鋰電池技術的發(fā)展方向。固態(tài)鋰電池用固體電解質取代液體電解質不僅可以解決安全問題，還可以使用鋰金屬負極以及高壓大容量正極，以實現(xiàn)高能量密度。固態(tài)鋰電池由復合正極、固體電解質和負極的疊層組成，這種結構比具有液體電解質的傳統(tǒng)電池更簡單，更容易封裝，并可提供更大的設計靈活性。但由于在固態(tài)鋰電池核心材料以及關鍵工藝技術方面取得突破的難度很大，固態(tài)鋰電池產業(yè)化的進程姍姍來遲。
圖: b鋰離子電池結構：由多相復合電極層和多孔聚合物隔膜層組成，液態(tài)電解質浸透整個電芯；c 固態(tài)電池結構：由疊層IPC復合正極層、固態(tài)電解質層和鋰金屬負極(或IPC復合負極層)組成，形成多層多相復合材料結構。
固態(tài)鋰電池產業(yè)化的難點是開發(fā)合適的固體電解質材料以及實現(xiàn)電解質材料在固態(tài)鋰電池中有效的集成與應用。清華大學南策文教授團隊在這方面經歷了近20年的探索和積累，終于找到了可以產業(yè)化的技術路徑。在此基礎上，團隊創(chuàng)辦了清陶并快速進行相關工藝的小試中試之后，實現(xiàn)了固態(tài)鋰電池的產業(yè)化，迎來了固態(tài)鋰電池產業(yè)化黎明的曙光。
該論文綜述并比較了各種固態(tài)電解質材料性能，無機-聚合物復合電解質（IPC電解質）結合了無機固體電解質和聚合物固體電解質的優(yōu)點，且適合于固態(tài)鋰電池的大規(guī)模生產，因此成為固態(tài)鋰電池產業(yè)化的最優(yōu)選擇。論文進而就IPC電解質的設計、IPC電解質在固態(tài)鋰電池中的一體化與界面設計以及基于IPC電解質的固態(tài)鋰電池電芯制造工藝等進行了詳細闡述和介紹，在綜述研究現(xiàn)狀基礎上，為IPC電解質的設計、界面設計與一體化給出了明確思路，為固態(tài)鋰電池電芯制造給出了可行的工藝和方法。
圖：基于無機-聚合物復合電解質的固態(tài)鋰電池制造工藝
總結起來，由于具有高能量密度、長壽命和高安全性的潛在優(yōu)勢，固體電解質及固態(tài)鋰電池的研究將繼續(xù)快速發(fā)展。在所有固體電解質技術中，IPC電解質顯示出最優(yōu)的綜合性能和放大能力。IPC電解質將軟聚合物與穩(wěn)定的無機材料復合，可以獲得高離子電導率，良好的電極潤濕性以降低界面電阻，以及高穩(wěn)定性從而確保安全。
固態(tài)鋰電池作為下一代鋰電池技術，將成為各領域電動化過程中技術、產品、市場向上突破的關鍵鑰匙，以其高安全、高能量密度的優(yōu)勢在各個領域開拓出藍海市場。固態(tài)鋰電池產業(yè)化雖然曙光已現(xiàn)，但依然任重道遠。清陶愿與更多合作伙伴同行、共生、共同成長，快速推進固態(tài)動力鋰電池產業(yè)化，盡早為用戶提供更安全、更耐用的儲能與動力電池產品。
（中國粉體網編輯整理/青黎）
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