【會議報告】干法電極&鹵化物電解質(zhì)賦能高比能全固態(tài)電池

鹵化物電解質(zhì)開發(fā)

全固態(tài)電池因其高能量密度和高安全性而成為具有發(fā)展前景的下一代儲能技術(shù)。開發(fā)具有高室溫離子電導(dǎo)率、優(yōu)異化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性、良好正/負極兼容性的固態(tài)電解質(zhì)是實現(xiàn)全固態(tài)電池實用化的關(guān)鍵。鹵化物固態(tài)電解質(zhì)因其優(yōu)異的電化學(xué)窗口、高正極穩(wěn)定性、可接受的室溫鋰離子電導(dǎo)率等優(yōu)勢，受到了廣泛的關(guān)注。

鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展歷程

鹵化物基固態(tài)電解質(zhì)在室溫下的離子電導(dǎo)率能達到10?3S·cm?1，且理論離子電導(dǎo)率可達10?2S·cm?1量級。鋰離子電池中的鹵化物電解質(zhì)源于在鹵化鋰LiX (X = Br、Cl、F)中引入高價態(tài)的過渡金屬元素陽離子，調(diào)節(jié)Li+及空位濃度進而形成類似Lia-M-Xb類化合物，通過調(diào)控不同鹵族元素陰離子的組分特性，此類化合物中陰離子骨架一般具有較大的極化率，且與鋰離子的相互作用較弱。理論模擬結(jié)果表明，相比其他固態(tài)電解質(zhì)，鹵化物一般具有較高的氧化還原電位(氯化物>4V vs.Li/Li+、氟化物>6 V vs.Li/Li+)，與高壓正極材料具有更好的兼容性，可以實現(xiàn)在高電壓窗口下的穩(wěn)定循環(huán)。

干法電極工藝開發(fā)

商業(yè)化鋰離子電池和超級電容器極片均采用濕法勻漿涂覆技術(shù)制備，存在溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)有毒、回收設(shè)備投資大及涂覆烘箱占地面積大、能耗高的缺點；同時，極片的涂覆面密度受限。為此，人們開發(fā)了無溶劑化的干法電極制備技術(shù)。

早在2004年，Maxwell公司成功開發(fā)出活性炭干法電極制備技術(shù)，并在超級電容器中成熟應(yīng)用。近年來，科研人員也開始嘗試利用干法電極制備技術(shù)開發(fā)鋰離子電池電極。

干法和濕法電極的優(yōu)缺點對比

干法電極

優(yōu)點：無溶劑，無需涂覆烘箱和NMP回收裝置，設(shè)備投資低，能耗小；所需場地面積小；電極面密度和容量高，倍率和循環(huán)性能較好；極片內(nèi)阻低。

缺點：技術(shù)尚不成熟，存在專利壁壘。

濕法電極

優(yōu)點：工藝發(fā)展成熟、上下游供應(yīng)鏈完善；技術(shù)門檻低。

缺點：設(shè)備投資大，烘箱能耗高，設(shè)備占地面積大；涂覆面密度受限，極片易開裂。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，有研（廣東）新材料技術(shù)研究院/國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責任公司教授級高級工程師趙昌泰將作題為《干法電極&鹵化物電解質(zhì)賦能高比能全固態(tài)電池》的報告。報告主講人將通過對比不同種類固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)缺點，介紹鹵化物電解質(zhì)的研究進展，還將與大家分享有研廣東院在鹵化物電解質(zhì)開發(fā)、干法電極工藝開發(fā)、全固態(tài)軟包電池共性技術(shù)開發(fā)等方面的研究進展。

專家簡介：

趙昌泰，教授級高級工程師，博士生導(dǎo)師。2017年博士畢業(yè)于大連理工大學(xué)，師從邱介山教授、于暢教授，在加拿大西安大略大學(xué)學(xué)習(xí)工作5年，合作導(dǎo)師孫學(xué)良院士。入選北京市海外引進人才計劃、北京市科技新星、全球top2%科學(xué)家名單。主要研究方向為全固態(tài)電池材料開發(fā)、界面設(shè)計及軟包電池工藝開發(fā)、干法電極技術(shù)開發(fā)、鋰空氣電池、碳納米材料等。申報人主持一汽集團全固態(tài)電池橫向課題、北京市科技新星計劃、國家自然科學(xué)基金青年基金以及研究院自立課題，此外還參與了加拿大安大略省研究基金、《中國制造2025》中-加固態(tài)電池聯(lián)合實驗室項目、國家自然科學(xué)基金重點項目、北京市杰出青年基金等項目。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等國際頂級期刊發(fā)表SCI論文80余篇，被引用6000余次，H因子40。申請發(fā)明專利15件，撰寫英文著作1章。獲遼寧省自然科學(xué)學(xué)術(shù)成果一等獎、遼寧省優(yōu)秀博士學(xué)位論文提名獎、挑戰(zhàn)杯競賽全國二等獎等獎項。受邀擔任《Frontiers in Energy Research》期刊副主編、《Batteries》期刊客座編輯、《Rare Metals》期刊青年編委以及國際主流期刊特邀審稿人。

參考來源：

1.Kaiyong Tuo, Chunwen Sun, Shuqin Liu. Recent Progress in and Perspectives on Emerging Halide Superionic Conductors for All-Solid-State Batteries. Electrochem. Energy Rev. 2023, 6(2), 17.

2.陳帥等.鹵化物固態(tài)電解質(zhì)研究進展

3.張冬冬等.干法電極制備技術(shù)的研究現(xiàn)狀

4.郭德超等.鋰離子電池用無溶劑干法電極的制備及其性能研究

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