中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電池是目前公認(rèn)最具前景的新一代動(dòng)力電池， 目前固態(tài)電池技術(shù)處于什么階段？商用市場已達(dá)到怎樣的規(guī)模？產(chǎn)業(yè)鏈又涉及到哪些領(lǐng)域？這些問題受到業(yè)內(nèi)人士普遍關(guān)注。 2023年2月21-22日，由中國粉體網(wǎng)主辦的第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)在江蘇常州隆重召開，會(huì)議期間，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家、學(xué)者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目，進(jìn)行訪談交流。本期，我們邀請到的是北京理工大學(xué)的袁洪研究員。
袁洪，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院特別研究員、預(yù)聘副教授。
主要從事能源存儲與轉(zhuǎn)化過程中的能源材料制備、能源化學(xué)機(jī)制以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用等方面的研究。主要研究領(lǐng)域包括鋰離子電池、鋰硫電池、鋰金屬電池、固態(tài)電池以及其它新型可充電電池。
哪種鋰合金負(fù)極材料體系比較有前途？
鋰硫電池中，由于金屬鋰負(fù)極易產(chǎn)生鋰枝晶等問題，鋰合金負(fù)極被推到臺前。關(guān)于鋰合金負(fù)極材料體系中，哪種材料體系最有發(fā)展前景，袁洪研究員認(rèn)為目前鋰合金負(fù)極還屬于一個(gè)比較前沿的話題，還有很多問題需要解決。
袁洪研究員表示，采用鋰合金負(fù)極最大的優(yōu)勢就是抑制鋰枝晶的生長，但是對于實(shí)用體系來講，更多的是考慮電池整體的能量密度。鋰合金負(fù)極相比于金屬鋰負(fù)極，引入另外一種合金元素勢必會(huì)導(dǎo)致整體電池負(fù)極的比容量的降低。
他認(rèn)為，如果說要考慮哪一種鋰合金負(fù)極能夠真正的用到鋰硫電池當(dāng)中，這可能需要一種權(quán)衡。一方面，需要考慮鋰合金負(fù)極自身的比容量降低和帶來的電壓降；另外一方面，鋰合金負(fù)極中合金元素含量降低時(shí)還能不能起到穩(wěn)定界面、抑制鋰枝晶生長的作用，同時(shí)鋰合金的脫嵌也伴隨著體積的變化。
如果說哪一種鋰合金負(fù)極更合適，目前鋰銀合金、鋰鋁合金、鋰鎂合金等都是很好的一類鋰合金負(fù)極。但是如果要真正使用的話，可能還需要做進(jìn)一步研究來解決存在的一些其他問題。
（方形、圓柱、軟包）哪種形態(tài)最適配固態(tài)鋰硫電池？
目前已經(jīng)量產(chǎn)的電池形態(tài)主要有方形電池、圓柱電池、軟包電池三種，目前哪種形態(tài)更適合固態(tài)鋰硫電池呢？對此袁洪研究員表示，現(xiàn)在應(yīng)用于鋰硫電池更多的還是軟包，但這并不是說方形和圓柱它們不合適。
鋰硫電池負(fù)極用的是金屬鋰，鋰是一種很軟的材料，而方形、圓柱體系由于硬殼的束縛，對于較軟的金屬鋰不是特別有利，較大的壓力狀態(tài)下，可能會(huì)造成金屬鋰的蠕變、變形等。同時(shí)，由于硫單質(zhì)密度較低、以及其自身的離子、電子絕緣性，硫正極往往需要做厚來保證電極的面容量，因此，當(dāng)前階段對于鋰硫電池來講，需要卷繞和帶壓的圓柱或者方型電池可能還有更多的問題需要解決，而軟包則可能更適配鋰硫電池。
硅負(fù)極在固態(tài)電池中的應(yīng)用潛質(zhì)如何？
硅基負(fù)極材料因其具備高理論容量、低脫嵌鋰電位、環(huán)境友好、儲量豐富等優(yōu)點(diǎn)，被視為最具潛力的下一代負(fù)極材料。當(dāng)被問及硅基負(fù)極在固態(tài)電池中的應(yīng)用潛質(zhì)如何時(shí)，袁洪研究員表達(dá)了他的觀點(diǎn)：硅的比容量很高，比目前的石墨負(fù)極要高十多倍，所以從比容量、從電池能量密度的角度來講的話，硅是一種非常合適的材料。最近，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校Shirley Meng教授在嘗試把微米硅負(fù)極應(yīng)用到全固態(tài)電池體系中，獲得了極大的成功。
但袁洪研究員也提到了硅體積膨脹大、電子導(dǎo)率低等問題，他認(rèn)為硅負(fù)極最終的發(fā)展，能夠應(yīng)用到什么體系，還需要大家的共同努力。
干法電極工藝能否應(yīng)用于固態(tài)電池的電極制備？
干法電極技術(shù)是一種無溶劑的生產(chǎn)技術(shù)，正負(fù)極都可以應(yīng)用。其與傳統(tǒng)濕法電極制造的區(qū)別在于，濕法需要使用大量的有機(jī)溶劑，主要是NMP，還需要較多的粘結(jié)劑來增稠，再將漿料涂至金屬集流體上干燥成型。其整個(gè)過程復(fù)雜，能耗高，同時(shí)NMP也是一種有毒溶劑，其環(huán)境問題也不容忽視，NMP的回收、純化和再利用也將導(dǎo)致整個(gè)生產(chǎn)過程的能耗增加，而干法則不需要溶劑，直接將擠出的電極材料層壓到金屬集流體上形成成品電極，生產(chǎn)成本更低。
那么干法電極工藝能否應(yīng)用于固態(tài)電池的電極制備呢？對此，袁洪研究員表示自己課題組也在做一些干法電極的嘗試。傳統(tǒng)的濕法電極工藝由于溶劑的蒸發(fā)，極片會(huì)存在開裂等問題，因此很難做高面容量的厚極片。而干法電極工藝由于沒有溶劑的揮發(fā)，環(huán)境友好，更適合做厚電極。此外在操作的靈活性以及節(jié)能方面都有優(yōu)勢。所以袁洪研究員認(rèn)為，干法電極工藝應(yīng)該是電池工業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展方向。
半固態(tài)電池，可能就是電動(dòng)車的終點(diǎn)？
之前在網(wǎng)上有人說，半固態(tài)電池，可能就是電動(dòng)汽車的終點(diǎn)。對此袁洪研究員表達(dá)了自己的看法，他認(rèn)為半固態(tài)電池實(shí)際上是電池從液態(tài)到固態(tài)發(fā)展過程中的一個(gè)中間形態(tài)，是為了適應(yīng)當(dāng)前實(shí)際需求的一個(gè)折中妥協(xié)。
固態(tài)電池本身是為了追求更高的安全性。從安全的角度來考慮的話，半固態(tài)電池還是含有一部分有機(jī)液體溶劑，勢必還是會(huì)存在易燃、泄漏、起火、爆炸等安全問題。如果從電池本質(zhì)安全的角度來考慮的話，袁洪研究員覺得全固態(tài)電池應(yīng)當(dāng)是電池發(fā)展的一個(gè)終極目標(biāo)。因?yàn)樗褂玫氖遣豢扇嫉娜珶o機(jī)固體電解質(zhì)，理論上固體電解質(zhì)可以做的很薄。所以無論從安全方面還是從能量密度角度考慮，全固態(tài)電池都有非常大的優(yōu)勢，也是目前研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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