能源材料创新——固态锂电池

随着电池技术的发展，人们越来越注重电池安全性和能量密度的提升。目前，商用锂离子电池体系能量密度难以继续提高，且因其固有的安全性问题，使得锂离子电池发展遇到了瓶颈。采用固态电解质代替有机电解液是提高锂电池能量密度和安全性的有效途径之一。全固态电池(ASSB)采用不可燃的固态电解质和锂金属负极，大大提高了电池性能，成为电动汽车和规模化储能理想的化学电源[1]。

虽然固态电极与固态电解质之间不存在副反应，但固体特性的电解质与电极界面之间的相容性不佳，最终导致固态电池循环寿命低、倍率性差，能量密度也不能满足大型电池要求。所以，要获得高性能的全固态电池，一是解决接触问题，对电极材料及其界面进行改性，改善电极/电解质界面相容性；二是开发新型电极材料，从而进一步提升固态电池的电化学性能。

三星先进技术研究院的研究人员设计了一种无机、柔性固体电解质，解决了接触问题并提高安全性[2]。该电解质在室温下具有优异的粘土状机械性能、高锂离子电导率和低的玻璃化转变温度。独特的机械特性使固体电解质能够像液体一样渗透到高载量正极中，从而为正极提供完整的离子传导路径。该研究成果为固体电解质的研究提供了新的思路，并为解决固态电池中固体电解质-正极界面问题提供了新的途径。

武汉理工大学报道了一种全新的室温离子电导率较高的聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)基PISSE( “polymer-in-salt”电解质体系，盐的含量高于聚合物)，通过一体化电极结构设计，不仅显著增加电极/电解质接触面积，还为氧化还原反应和离子快速传输提供了更多的活性位点和渗流通道[3]。该结构与锂金属有良好的界面兼容性，具有高的室温离子电导率(1.24×10-4S·cm-1)、高的锂离子迁移数(0.53)、宽的电化学稳定窗口(4.7 V)，解决了聚合物电解质室温离子电导率低和电极/电解质界面接触差的问题，为设计其他先进高能量密度固态锂电池提供了参考。

吉林大学报道了一种采用沸石固态电解质的柔性固态锂空气电池，其具有高离子电导率、低电子电导率以及对空气和锂负极出色的稳定性[4]。同时，该电池的集成结构中采用碳纳米管(CNT)作为正极，有利于降低界面阻抗。该电池每克碳纳米管的容量为12020 mAh，在500 mA·g-1电流密度和1000 mAh·g-1限制容量条件下，其循环寿命高达149个

循环。沸石基锂空电池成功克服了常规固态电解质的缺点，在环境空气中显示出高容量和高倍率性能，并具有长循环寿命，该电池的柔性和稳定性赋予其实际适用性，也可扩展到其他储能系统。

麻省理工学院和得克萨斯州农工大学等单位的联合研究团队开发了一款原型固态电池，他们将钠-钾合金制成半固态金属电极，类似于牙齿的补漏材料，在具有牢固特性的同时，这种新型材料还能够流动和成型，并且它能在与固态电解质接触时避免形成微小的裂纹和枝晶。该电池借助新型自修复材料，克服了该领域的一些关键难点，为其赋予了稳定的高容量存储前景[5]。