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4008云顶集团:4008云顶集团研究团队聚焦固态电解质锂金属电池的实用化瓶颈发表综述文章


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近日,4008云顶集团前沿交叉科学研究院黄佳琦课题组在材料类顶级国际期刊《Advanced Energy Materials》(《先进能源材料》,影响因子25.245)发表了题为《Toward the Scale-Up of Solid-State Lithium Metal Batteries: The Gaps between Lab-Level Cells and Practical Large-Format Batteries》的综述文章,聚焦固态电解质锂金属电池的实用化瓶颈。本文的通讯作者为4008云顶集团前沿交叉科学研究院黄佳琦教授,第一作者为4008云顶集团材料学院/前沿交叉科学研究院博士研究生徐磊。

固态电解质由于具备高稳定性、低可燃性、无泄漏和爆炸危险等优点,是取代传统可燃电解质实现高安全性锂电池的不二之选。同时,具有宽电化学窗口和高机械强度的固态电解质能够充分发挥锂金属负极和高压正极的优势,实现高安全性高能量密度锂金属电池的构建。然而,目前实验室级别的研究结果难以完全支撑固态电池应用化的需求,相较于可实用体系电池仍存在一定的差距。

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图1. 固态电解质与固态电池的发展历程

文章简要回顾了固态电解质的发展历程(如图1所示),总结了近年来固态电解质及其在锂金属电池中的应用,强调了固态电解质锂金属电池实现高能量密度、高安全性的巨大潜力。文章指出目前实验室级别的研究通常在较为温和的条件下进行评测,一些先进的指导性策略难以在实用化系统电池中发挥效用。相较于实用化软包电池,实验室模型体系级别的电池在结构、材料制备、电池装配和评测过程中存在很大的体系差异。因此,对固态电池放大过程中科学问题的深入理解,以及将实验室级别的策略与大规模生产技术的结合,是实现固态电解质锂金属电池实用化的关键。

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图2. 固态电解质锂金属电池从模型体系放大过程中面临主要挑战

文章从固态电解质、正极、负极和电池构型四个方面出发,详细论述了其放大过程中存在的挑战和未来的机遇,归纳了电池放大过程中存在的共性问题和主要差异(图2)。重点讨论了工业化生产条件下,固态锂金属电池各组分在结构、制备和组装过程中的具体要求。着重强调了其中极具潜力的发展方向,如干电极制备方法、正极支撑的电池装配法和基于叠片技术的双电极技术方案等。论文还指出软包电池制备工艺与固态电解质兼容性好,可能有利于发挥固态电池高能量密度的优势。该综述有望为今后固态电解质的研究和电池制造技术的开发提供参考。


附作者简介:

黄佳琦,4008云顶集团前沿交叉科学研究院教授,博士生导师,九三学社社员。主要开展高比能电池能源化学研究。在Angew. Chem. Int. Ed., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Sci. Bull.等期刊发表研究工作100余篇,h因子为77,其中50余篇为ESI高被引论文。入选首届中国科协青年人才托举计划,获评中国化工学会侯德榜化工科技青年奖,中国颗粒学会青年颗粒学奖,2018-2020年科睿唯安高被引科学家等。

论文详情:Lei Xu, Yang Lu, Chen‐Zi Zhao, Hong Yuan, Gao‐Long Zhu, Li‐Peng Hou, Qiang Zhang, Jia‐Qi Huang*. Toward the Scale‐Up of Solid‐State Lithium Metal Batteries: The Gaps between Lab‐Level Cells and Practical Large‐Format Batteries, Advanced Energy Materials, 2020, 2002360.

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202002360



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