中科院上海硅酸盐所在固态电解质功能化隔膜研究方面取得新进展

中科院上海硅酸盐所在固态电解质功能化隔膜研究方面取得新进展从中科院上海硅酸盐研究所获悉，中科院上海硅酸盐研究所张涛研究员团队通过石榴石型固态电解质Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）与聚丙烯腈（PAN）强极性腈基基团（-CN）之间的配位作用构建了稳固的LLZTO@PAN包覆结构。在此基础上，利用该功能性材料构筑出水基浆料涂覆的表面强极性隔膜。该项工作阐明了固态电解质功能化隔膜与锂沉积行为之间的构效关系，同时，构筑水基浆料涂覆的功能化隔膜也为实现长寿命、高安全的高比能锂金属电池提供了新的发展思路。（证券时报）

中国科大开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族

中国科大开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族得益于镧系金属元素的低电负性，以及金属氯化物良好的耐氧化性和可变形性，镧系金属卤化物基固态电解质可直接与锂金属负极和三元正极匹配，实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果以《ALaCl3-basedlithiumsuperionicconductorcompatiblewithLimetal》为题，于4月5日发表在Nature杂志上。金属卤化物固态电解质（LixMCl6,M为金属元素）因其宽电化学窗口、良好的室温电导率和不错的可变形性，展现出比氧化物/硫化物固态电解质更好的高电压氧化物正极适配性。2018年以来，基于Li3YCl6、Li3InCl6和Li3ScCl6等金属卤化物固态电解质的全固态锂电池实现了搭载钴酸锂、镍钴锰等4V级正极的长循环，引起了广泛关注。然而，目前报道的大多数LixMCl6金属卤化物固态电解质采用易被还原的金属元素构建传导框架，导致对锂金属不稳定，只能采用高电位的锂铟合金，限制了高能量密度全固态锂金属电池的开发。同时，传统的LixMCl6晶格中氯离子是六方或立方紧密堆积，其空间体积较小，对锂离子的传导有一定限制，使其电导率大多在1mS/cm。因此，开发对锂金属负极稳定的新型快离子导体框架结构是发展高比能全固态锂金属电池面临的关键挑战。针对以上问题，团队成员发现，以LaCl3为代表的镧系金属卤化物LnCl3（Ln=La,Ce,Pr,Nd,Sm等）晶格中氯离子呈非紧密堆积形式，天然存在丰富的一维大尺寸孔道，适合锂离子的高速传输，并可通过镧空位形成连续的三维传导。分子动力学的模拟预测表明，具有独特非密堆积氯离子排列方式的LaCl3框架可实现13.8mScm-1的室温离子电导率（图1）。团队成员选择高价离子掺杂策略来制造镧空位，得益于大尺寸高速离子通道和相邻通道间超强的交换作用，优化的Li0.388Ta0.438La0.475Cl3表现出3.02mScm-1的高室温离子电导率和0.197eV的低活化能，优于传统氧化物和最近报道的卤化物固态电解质，可与部分硫化物电解质相媲美（图2）。镧的低电负性和梯度界面层的形成赋予了LaCl3基电解质对锂金属良好的稳定性，组装的锂金属对称电池以0.2mAcm-2的电流密度和1mAhcm-2的面容量可稳定循环5000小时以上（图3）。基于此，组装的全固态锂金属原型电池无需负极垫层和正极包覆等额外的常用界面稳定手段，即可实现室温下百圈以上的循环（图4）。此外，团队成员还发现，镧系金属卤化物可容纳大量异种非镧系金属元素，且在此状态下仍能保持快离子传输的UCl3晶型结构特征。这个性质赋予了镧系金属卤化物框架极强的可拓展性，使镧系金属卤化物固态电解质LixMyLnzCl3在未来通过合理的元素设计，具备实现更高界面稳定性、更快离子传导和更廉价原料成本的巨大潜力。具备UCl3晶型特征结构的镧系金属卤化物固态电解质LixMyLnzCl3将成为如硫化物中LGPS结构、氧化物中LLZO结构的一个全新的电解质家族。中国科学技术大学殷逸臣（博士后）、杨竞天（硕士生）、罗锦达（硕士生）和浙江工业大学卢功勋（博士）为本文的共同第一作者；中国科学技术大学姚宏斌教授、李震宇教授与浙江工业大学陶新永教授为本文的共同通讯作者。本工作得到中科院先导计划、国家自然科学基金委、稀土资源利用国家重点实验室开放基金、中国科学技术大学原创探索项目、中国科学技术大学“双一流”专项基金的资助。本工作特别致谢北京大学深圳研究院肖荫果研究员、黄中垣博士，合肥微尺度物质科学国家研究中心的龚科老师、汪琳俊老师，高德英特(北京)科技有限公司应用科学家鞠焕新博士和上海同步辐射光源的文闻研究员在表征和分析方面的大力帮助与支持。合肥国轩高科动力能源有限公司的吴叶超、中国科学技术大学本科生王建平参与完成了本工作。图1.LaCl3基固态电解质的设计理念图2.LaCl3基固态电解质的离子传输性能和机制图3.LaCl3基固态电解质的锂金属界面稳定性图4.LaCl3基固态电解质的全固态锂金属电池论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05899-8...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1354103.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1354103.htm

全固态电池干法制备取得新突破

全固态电池干法制备取得新突破5月21日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所一研究团队利用熔融黏结技术，干法制备出具有出色柔韧性的超薄硫化物固态电解质膜，其优异的力学性能、离子电导率以及应力耗散特性可有效抑制电池内部应力不均导致的机械失效。运用该方法制备出的一体化全固态电池具有优异的界面稳定性、长循环性能。研究成果以“熔融粘结干法制备具有超薄电解质的硫化物全固态电池”为题发表在《先进材料》上。（科技日报）

固态电池产业化进程加快， A 股相关公司股价大涨

固态电池产业化进程加快，A股相关公司股价大涨固态电池产业化进程加速，是近期市场关注的焦点。日前，我国硫化物固态电池研究又取得突破性进展。据中科院青岛能源所消息，该研究所先进储能材料与技术研究组在硫化物电解质研究取得新进展，解决了硫化物全固态电池叠层工艺的行业痛点及瓶颈问题，打通了硫化物全固态电池的大型车载电池制作工艺的最后一道难关，在硫化物软包电池叠片技术上取得关键性突破。日前受智己汽车宣布超快充固态电池将量产上车及太蓝新能源在“车规级全固态锂电池”的研发方面取得进展的影响，相关概念股均出现巨大涨幅，其中三祥新材一度10天8板（3月26日至4月10日），股价直接翻倍；该公司致力于固态电池的电解质材料及关键原材料的研发生产，目前已向清陶能源等企业送样，并达到使用要求。除三祥新材外，瑞泰新材、东方锆业、胜华新材、翔丰华等个股近期涨幅也非常显著。不过，需要注意的是，目前各大厂商推出的固态电池大多为固态、液态混合电池，或称半固态电池。尽管仍未达到全固态的标准，但半固态电池的推出仍意义非凡。

宁德时代公布固态电池最新进展：2027年量产 目前研发进度不到50%

宁德时代公布固态电池最新进展：2027年量产目前研发进度不到50%▲宁德时代工厂目前，在固态电池的研发上，宣称首款搭载了固态电池的智己L6背后的电池供应商清陶能源从此一举走入公众视野，卫蓝新能源则是在NIODay上宣布蔚来150kWh电池包时走红。同时，这是目前在消费市场上消息最多的企业了。清陶能源和卫蓝新能源也都分别宣布其首款全固态电池包要在2027年量产。从目前的市场划分来看，清陶能源和上汽深度绑定并与北汽、广汽等多家主流车企建立了合作关系，不断拓展应用市场。上汽在多个轮次的融资中对清陶能源进行了投资，成为其第一大投资人。卫蓝新能源则与蔚来、吉利和小米等新能源车企合作紧密，已向蔚来正式交付半固态电池，李斌还曾经全程直播了150kWh电池包的续航。▲李斌直播蔚来150kWh电池包续航尽管目前半固态电池已经有一部分上车了，但是目前全球尚未有车企实现全固态电池的量产上车。可以说，此次宁德时代的固态电池进展的公开，也是给全固态电池行业的量产锚定了时间线。毕竟，在发展迭代十分迅速的电车市场，落后就代表着市场被对手蚕食。一、宁德时代投资者日纪要公开确认固态电池量产时间目标在2024年4月宁德时代的业绩会上，董事长曾毓群曾指出，固态电池在技术层面上仍需克服固态离子扩散的基础科学问题，商品化的道路仍然漫长。▲宁德时代董事长曾毓群而在2个月后的投资者交流活动上，针对投资者关于固态电池的提问，宁德时代方面指出，如果用技术和制造成熟度作为评价体系（1-9打分），其在全固态电池研发项目目前处于4的水平，目标是到2027年达到7-8的水平，有望实现小批量生产全固态电池。可以看出，宁德时代给自己的固态电池研发提出了一个2027年小规模量产的目标。资料显示，宁德时代在全固态电池领域已有部分进展，其的技术路线主要依赖于凝聚态和硫化物双重材料体系，目标是实现500Wh/kg的能量密度。全固态电池的技术路线主要包括硫化物、氧化物、聚合物、无机-有机复合电解质及薄膜技术等，各自具备独特的离子导电性、稳定性和加工性等优势。宁德时代选择的凝聚态聚合物和硫化物双重材料体系作为固态电池中的两种主要电解质材料，各自有比较明显的优缺点。凝聚态材料以其高离子导电性、良好的稳定性和加工性能而受到青睐，但存在界面接触问题和成本较高的问题。相比之下，硫化物材料以其高离子导电性、良好的界面接触和较高的能量密度优势显著，但化学稳定性和制备工艺的复杂性是需要克服的难题。可以说宁德时代选择凝聚态和硫化物双重材料体系有助于其尽快实现量产目标。二、主流电池厂目标已定直指2027目前主流进行固态电池研发的厂商中，已有多家厂商明确了其全固态电池的量产目标。▲部分电池厂商全固态电池量产目标在已经投入量产的半固态电池企业中，清陶能源全固态电池能量密度超过500Wh/kg，并计划在2027年实现全固态电池的量产。而卫蓝新能源也有计划在2027年实现全固态电池的量产。同时清陶能源和卫蓝新能源在电池材料和技术上各有特色。清陶能源的智己L6采用了纳米尺度固态电解质包覆的超高镍正极材料和高比能复合硅碳材料，电解质材料则采用“超高离子电导率复合固态电解质”和“干法固态电解质一体成型”工艺。卫蓝新能源的蔚来ET7则采用了固液混合电解质，以期解决电池在高电压、安全性、锂枝晶和体积膨胀方面的挑战。▲锂离子电池和全固态电池的工作原理此外，国轩高科也在5月17日，首次发布采用全固态电池技术的金石电池，电芯能量密度达350Wh/kg，计划在2027年小批量装车实验。欣旺达则规划在2026年实现全固态电池量产，且能量密度更高。其计划第一代全固态电池能量密度达400Wh/kg，第二代达500Wh/kg。在国际市场，日韩企业如三星SDI和LG化学也在积极推进固态电池的研发。三星SDI计划在2027年量产全固态电池，而LG化学预计在2028年推出氧化物全固态电池，并在2030年推出硫化物全固态电池。可以说，目前绝大多厂商都将全固态电池2027年开始量产作为目标。▲广汽全固态动力电池模型展示与此同时，中国全固态电池协同创新平台（CASIP）也在2024年初成立，旨在推进全固态电池的研发和应用。这个平台包括了工信部、科学技术部、学术界以及宁德时代、比亚迪等多家主流电池厂商，目标是加速全固态电池的技术突破和商业化进程。结语：固态电池上车指日可待目前，绝大多数电池厂商都明确了其全固态电池的量产日期目标。作为目前最有可能实现续航突破的新技术，各大电池企业都在积极投身研发。目前距离2027年也只有3年左右的时间了，至于到时候各家厂商能拿出怎样的产品，大家不妨拭目以待。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435889.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435889.htm

新型锂金属氯化物固态电解质设计可为电池行业带来变革

新型锂金属氯化物固态电解质设计可为电池行业带来变革固态电解质的必要性目前的商用电池亟需解决的一个问题是对液态电解质的依赖，而液态电解质存在易燃和爆炸的风险。因此，开发不可燃的固体电解质对于推动固态电池技术的发展至关重要。在全球向可持续交通转变的过程中，全世界都在加紧管制内燃机汽车并扩大电动汽车的使用，因此，对二次电池核心部件，尤其是固态电池的研究取得了显著的进展。金属离子（本例中为钇）在各层中的排列会影响离子导电性。为确保锂离子畅通无阻地移动，每层中占据可用位置的金属离子数量应少于0.444。此外，要在每一层中为锂离子创造足够宽的通道，金属离子的占有率应大于0.167。因此，每层内金属离子的占有率应介于0.167和0.444之间，这样才能形成具有高离子电导率的导电层。资料来源：基础科学研究所要使固态电池在日常使用中切实可行，关键是要开发出具有高离子导电性、强大的化学和电化学稳定性以及机械灵活性的材料。虽然之前的研究成功地开发出了具有高离子电导率的硫化物和氧化物基固体电解质，但这些材料都不能完全满足所有这些基本要求。氯化物基固体电解质的研究进展过去，科学家们也曾对氯化物基固体电解质进行过探索。氯化物基固体电解质以其卓越的离子导电性、机械柔韧性和高电压稳定性而著称。这些特性使一些人推测氯化物电池最有可能成为固态电池。然而，这些希望很快就破灭了，因为氯化物电池严重依赖昂贵的稀土金属（包括钇、钪和镧系元素）作为辅助成分，因此被认为是不切实际的。为了解决这些问题，IBS研究小组研究了金属离子在氯化物电解质中的分布。他们认为，三元氯化物电解质之所以能达到较低的离子电导率，是基于结构中金属离子排列的变化。他们首先在氯化锂钇（一种常见的氯化锂金属化合物）上测试了这一理论。当金属离子位于锂离子通路附近时，静电力会阻碍锂离子的移动。相反，如果金属离子的占有率过低，锂离子的移动路径就会变得过于狭窄，从而阻碍锂离子的移动。基于这些见解，研究小组引入了设计电解质的策略，以缓解这些相互冲突的因素，最终成功开发出一种具有高离子电导率的固体电解质。研究小组还进一步成功地展示了这一策略，创造出一种基于锆的锂金属氯化物固态电池，其成本远远低于采用稀土金属的变体。这是首次证明金属离子排列对材料离子导电性的重要影响。金属离子分布的影响这项研究揭示了金属离子分布在氯基固体电解质离子电导率中经常被忽视的作用。预计IBS中心的研究将为各种氯基固体电解质的开发铺平道路，并进一步推动固态电池的商业化，有望提高能源存储的经济性和安全性。通讯作者KangKisuk说："这种新发现的氯化物基固体电解质有望突破传统硫化物和氧化物基固体电解质的限制，使我们离固态电池的广泛应用更近了一步。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1394587.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1394587.htm