南策文院士
固態(tài)電解質(zhì)最看好LLZO
固態(tài)電池的關(guān)鍵材料固體電解質(zhì)的研究，是決定固態(tài)電池可否實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的根本因素。目前研究最多的固體電解質(zhì)包括石榴石型氧化物(LLZO)、NASICON型氧化物、硫化物和聚合物固體電解質(zhì)四種，南策文院士最看好LLZO，他認(rèn)為LLZO的綜合性能最為優(yōu)異，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)LLZO具有的離子電導(dǎo)率以及可達(dá)到的面電阻可以滿足應(yīng)用的需求;
(2)LLZO粉體材料可以在大氣環(huán)境下實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn);
(3)LLZO在化學(xué)上對鋰金屬穩(wěn)定，為鋰金屬負(fù)極的使用提供了可能，LLZO的電化學(xué)窗口寬，可以和高電壓正極相匹配，這些都為高能量密度固態(tài)電池的實現(xiàn)提供了材料基礎(chǔ);
(4)近幾年來，越來越多的研究人員關(guān)注LLZO的研發(fā)，澄清了很多制約LLZO應(yīng)用的瓶頸問題的關(guān)鍵機理，并給出了切實可行的解決方案。
對于多久才能將LLZO固態(tài)鋰電池才能投入實際應(yīng)用，南策文院士的看法是在未來的5-10年投入實際應(yīng)用。在一些特殊的應(yīng)用場合，例如醫(yī)用或軍用高溫電池，可能LLZO固態(tài)鋰電池會更早地進入應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)不斷的進步，以及研究人員對固態(tài)電池認(rèn)識的不斷加深，都會縮短LLZO固態(tài)鋰電池投入實際應(yīng)用的時間。
成本問題不是最大的瓶頸
南策文院士認(rèn)為全固態(tài)鋰電池的倍率性能整體偏低等問題，都是科學(xué)技術(shù)問題，需要慢慢解決。成本問題不是最大的瓶頸。任何新技術(shù)、新產(chǎn)品剛一開始出來，成本都較高，一旦生產(chǎn)技術(shù)成熟、產(chǎn)量上去了，成本自然而然就能下來，所以成本是工業(yè)界解決的事情，不是學(xué)術(shù)界能解決的問題。
固態(tài)電池一定要走向?qū)嵱没⒁?guī)模化
南策文院士認(rèn)為固態(tài)電池一定要走向?qū)嵱没⒁?guī)模化。如果一直在紙上談，肯定不行。一個新技術(shù)出來，在熱了一段時間后，一定要慢慢往產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方向走，哪怕邁出一小步也可以，但不邁出去不行。目前有不少大型公司，特別是國際知名車企，都宣布要量產(chǎn)固態(tài)電池，并制定了各自的發(fā)展路線計劃。
南策文院士近年來在固態(tài)電池方面的成果一覽
★ 新型鋰電池陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化項目落戶盱眙
2018年4月清華大學(xué)南策文院士團隊將新型鋰電池陶瓷材料產(chǎn)業(yè)化項目落戶盱眙。據(jù)了解，該項目投資3億元，開展全固態(tài)薄膜電解質(zhì)——鋰鑭鈦氧和鋰鑭鋯鉭氧等陶瓷材料的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，項目計劃兩年內(nèi)建成年產(chǎn)1800噸鋰離子固態(tài)電解質(zhì)陶瓷材料和1200噸富鋰錳基正極陶瓷材料生產(chǎn)線。
★ 固態(tài)電池實現(xiàn)量產(chǎn)
2018年11月19日，由清華大學(xué)南策文院士團隊創(chuàng)建的蘇州清陶新能源科技有限公司內(nèi)，可日產(chǎn)1萬只固態(tài)電池的固態(tài)鋰電池產(chǎn)線正式投產(chǎn)，電池能量密度可達(dá)400Wh以上，產(chǎn)品將主要投用于特種電源、高端數(shù)碼等領(lǐng)域。南策文研究的固態(tài)鋰電池自主研發(fā)成功并實現(xiàn)量產(chǎn)對車企意義重大，將推動新能源汽車發(fā)展。
★ 固態(tài)鋰電池電極-電解質(zhì)接觸問題的研究取得重要進展
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)馬騁教授課題組和清華大學(xué)南策文院士團隊在鋰電池固態(tài)電解質(zhì)的研究上取得重要進展。研究者使用球差校正透射電鏡對固態(tài)電解質(zhì)和電極材料的界面進行觀測，發(fā)現(xiàn)富鋰層狀結(jié)構(gòu)的正極和鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)之間可以形成外延界面。該方法的提出為克服固態(tài)電池中電極-電解質(zhì)接觸差這一瓶頸提供了新思路。
★ 高電導(dǎo)硫化物/聚合物復(fù)合電解質(zhì)助力高性能全固態(tài)鋰硫電池
全固態(tài)鋰電池(ASSLBs)具有較高的理論容量和良好的安全性，被認(rèn)為是未來能源存儲設(shè)備的理想選擇。在各種固體電解質(zhì)中，具有高離子導(dǎo)電性、制備方法方便和低界面阻抗等優(yōu)點的硫化電解質(zhì)備受關(guān)注。然而含無機固態(tài)電解質(zhì)的ASSLBs通常具有較厚的電解質(zhì)層(大于1mm)，這顯著降低了電池的能量密度。因此，制備一種具有自支撐性能的低厚度高電導(dǎo)的電解質(zhì)層是實現(xiàn)高性能ASSLBs的關(guān)鍵。
基于此，清華大學(xué)南策文院士和李亮亮副研究員通過液相法制備了一種厚度僅為120μm且具有自支撐性能的78Li2S-22P2S5玻璃陶瓷(7822gc)/聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)膜。在加入鋰鹽的條件下，該7822gc/PEO或7822gc/PVDF復(fù)合電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率可達(dá)4-7×10−4S cm-1。該復(fù)合電解質(zhì)膜的面積電導(dǎo)高達(dá)59.0mS cm−2，約為純7822gc電解質(zhì)片的2.7倍。
南策文院士認(rèn)為固態(tài)電池大規(guī)模應(yīng)用，比如成為動力電池，可能還有一段時間。但是可以先做特種電池，比如軍用電源、數(shù)碼領(lǐng)域、石油、電力等行業(yè)，已經(jīng)開始有應(yīng)用。動力電池領(lǐng)域更多是在試驗檢測階段，目前要解決的首要問題是安全。所以固態(tài)電池一定會實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，只是還需要時間!
