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)大會在江蘇常州隆重召開，會議期間，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《對話》為大家?guī)碚憬I(yè)大學(xué)劉育京教授的專訪。
粉體網(wǎng)：劉教授，固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)電池發(fā)展的核心，目前研究較多的固態(tài)電解質(zhì)有哪些？
劉育京教授：固態(tài)電解質(zhì)從組成上來看，有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)是一類，以PEO、PAN等為代表。另一類就是無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，比如氧化物固態(tài)電解質(zhì)、硫化物固態(tài)電解質(zhì)、鹵化物固態(tài)電解質(zhì)等等，這些都是比較有代表性的固態(tài)電解質(zhì)。
粉體網(wǎng)：劉教授，在您看來，聚合物固態(tài)電解質(zhì)亟待解決的重大難題是什么？
劉育京教授：在我看來，以前很多研究集中在對本體固態(tài)電解質(zhì)的改性方面，除此之外，還要注意固態(tài)電解質(zhì)的界面，它比較特殊，與傳統(tǒng)的液體電池界面相比有差異。液體電池的界面是固液界面，對于固液界面，我經(jīng)常用一個(gè)例子加以說明，如果用一個(gè)碗去盛一碗水和盛一碗飯，盛水和盛飯的界面是不一樣的。所以，對于固態(tài)電池而言，固液界面變成了固固界面。這種變化會導(dǎo)致界面接觸效果變差，可能會出現(xiàn)界面點(diǎn)接觸的問題，接觸的有效性和平整性會大幅降低。因此，固態(tài)電池界面存在離子輸運(yùn)、傳質(zhì)效果的問題，而且隨著電池在循環(huán)過程中不斷發(fā)生界面副反應(yīng)，電池的整體性能會下降。所以，我覺得固態(tài)電池的界面問題是關(guān)鍵問題之一。
粉體網(wǎng)：劉教授，您能不能給大家簡單介紹一下聚合物基固態(tài)電池中功能復(fù)合界面的微觀構(gòu)效關(guān)系及作用機(jī)制？
劉育京教授：這個(gè)問題我研究了很長時(shí)間，但一兩句話也很難把它解釋清楚，特別是鋰二次電池的界面，它比較特別。首先，它是一個(gè)有機(jī)-無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)。另外，它需要在特殊的電化學(xué)狀態(tài)下才能生成，這在常規(guī)的液相反應(yīng)當(dāng)中是很難看到的，而且這一層界面非常薄。所以，以上幾種特點(diǎn)決定了它結(jié)構(gòu)的特殊性。上世紀(jì)70年代，這種結(jié)構(gòu)被提出，該結(jié)構(gòu)后來也被認(rèn)為是鋰二次電池穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)，也得到了諾獎(jiǎng)獲得者Goodenough和Whittingham的認(rèn)可。
根據(jù)我們的研究，在有機(jī)-無機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)中，有機(jī)與無機(jī)成分可能各自承擔(dān)著其對結(jié)構(gòu)的作用，比如有機(jī)成分的作用體現(xiàn)在力學(xué)韌性、可加工性或延展性方面，而無機(jī)成分可能更多的提供剛性或強(qiáng)度，這兩者可能都會對傳質(zhì)產(chǎn)生影響，比如對電化學(xué)穩(wěn)定性，對熱力學(xué)穩(wěn)定性，對電化學(xué)循環(huán)當(dāng)中的穩(wěn)定性等方面的影響，這些問題也很難概括的去說明。
未來對于復(fù)合結(jié)構(gòu)而言，在兩相共存的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，特別是在界面上，或者說同一個(gè)無機(jī)相、同一個(gè)有機(jī)相不同材料之間的界面上，或者晶界上，我覺得都有可能發(fā)生很多新故事。這些也是我們目前還沒搞清楚的問題。就像我在會議報(bào)告中提到的，它們可能在宏觀上看是機(jī)械性能的提高，或者說它們也會提供很多輸運(yùn)的性能，但是具體它們各自承擔(dān)怎樣的角色，或者它們之間有沒有協(xié)同作用，甚至是拮抗作用，這可能都需要在后續(xù)的研究中去闡明。根據(jù)我們前期研究成果，我比較堅(jiān)信的是，復(fù)合結(jié)構(gòu)絕對不是一個(gè)單純的復(fù)合材料，它一定有功能在里面，我把它稱為功能復(fù)合，這可能就是它的一個(gè)機(jī)制。
粉體網(wǎng)：劉教授，您如何看待高分子功能復(fù)合結(jié)構(gòu)對界面的穩(wěn)定機(jī)制？
劉育京教授：穩(wěn)定性問題是電池領(lǐng)域一個(gè)老生常談的話題，穩(wěn)定有多個(gè)方面，比如熱力學(xué)的穩(wěn)定、力學(xué)的穩(wěn)定，電化學(xué)的穩(wěn)定以及不同材料之間的穩(wěn)定性等，穩(wěn)定包含的東西比較多。不過，從比較簡單的角度來看，這種以高分子機(jī)體為機(jī)制的功能復(fù)合界面，它首先起到的是保護(hù)作用。這種保護(hù)作用可能更多地是從力學(xué)上、從界面的分隔效果上來說的，分隔會減少兩相的副反應(yīng)。另外，我覺得對于電池體系而言，傳質(zhì)很重要。離子的傳質(zhì)，包括一定特殊環(huán)境下電子的傳質(zhì)，都與電池性能息息相關(guān)。所以，我們現(xiàn)在所說的穩(wěn)定性，可能還要考慮性能的衰減問題，在長效循環(huán)過程中，這一層界面有利于提升輸運(yùn)效果，從而提高電池的整體循環(huán)壽命，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性�？傊@種結(jié)構(gòu)有兩個(gè)方面的作用，一方面是隔絕作用，起到保護(hù)效果。另外更深層次的作用可能是對傳質(zhì)的影響。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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