在全球能源向清潔低碳轉型的關鍵階段,固態鋰金屬電池憑借遠超傳統鋰離子電池的能量密度與無液態電解質泄漏的安全優勢,成為下一代儲能技術的核心方向。工業和信息化部等八部門聯合發布的《新型儲能制造業高質量發展行動方案》,更明確將固態電池列為鋰電池發展的重要賽道。
然而,傳統固態電解質長期面臨離子電導率與機械性能難以兼顧的行業痛點,聚醚基聚合物(如PEO)室溫離子傳輸效率低,無法滿足實際應用;含氟聚合物雖提升穩定性,卻因鏈段運動受限導致離子傳輸受阻,這些瓶頸嚴重制約著固態電池的產業化進程。
近日,融捷能源研發團隊在固態鋰金屬電池電解質領域取得突破性進展,其創新研發的DES基聚合物電解質(DES-PEEs),為解決這一行業難題提供了全新方案,相關成果已發表于國際知名期刊《ACS Applied Energy Materials》。
這項突破由融捷能源王萬勝博士帶領,趙婷博士(第一作者兼通訊作者)、陶柱晨博士組成的核心團隊聯合華南理工大學熊訓輝教授共同完成,圍繞核心結構設計與制備工藝,團隊已提交多項國家發明專利,彰顯出技術的自主創新性與知識產權保護力度。
研發團隊跳出傳統單一材料優化的思路,創新性地將低共熔溶劑(DES)的高離子傳輸特性,與帶醚鍵含氟聚合物的優異機械性能、化學穩定性相結合,通過原位紫外引發自由基聚合技術,構建出獨特的雙連續相分離結構。
這套結構如同為電解質打造了雙引擎,一套是富含DES的離子高速公路,專門負責鋰離子的快速、高效傳輸,解決傳統電解質離子傳導慢的痛點;另一套是由氟化彈性體構成的力學骨架,為電解質提供柔韌且穩定的機械支撐,確保其在電池循環過程中保持尺寸穩定,避免因結構變形影響性能。兩套網絡在三維空間中相互貫穿卻互不干擾,從根本上破解了離子電導率與機械性能不可兼得的行業困局。
實驗數據充分驗證了該電解質的卓越性能,優化后的HM30型DES-PEEs在室溫下離子電導率高達1.65mS/cm,是傳統PEO基電解質的數倍,意味著鋰離子在電池內部的傳輸效率大幅提升;鋰離子遷移數達到0.75,能有效減少離子傳輸過程中的能量損耗,提升電池整體效率;電化學穩定窗口拓展至4.94V(vs Li?/Li),可適配高壓正極材料,為開發更高能量密度的全電池奠定基礎。
在界面穩定性測試中,采用該電解質制備的Li||Li對稱電池表現尤為突出,不僅能承受2mA/cm2的電流密度,在1mA/cm2的電流密度下更可穩定循環超1000小時,電壓滯后小于20mV,展現出極強的鋰枝晶抑制能力與界面兼容性,而鋰枝晶生長正是導致固態電池短路、壽命縮短的關鍵隱患。
將該電解質應用于全電池體系后,鋰金屬固態電池的全工況性能進一步得到驗證。在低倍率長循環測試中,電池展現出卓越的容量保持能力與超99%的庫侖效率,循環穩定性遠超行業平均水平;即便在高倍率充放電條件下,仍能維持穩定的放電平臺與良好的容量保持率,證明其具備應對實際儲能場景中復雜工況的能力。
這一成果不僅填補了固態電解質性能優化的技術空白,更對固態電池產業化具有重要推動作用。相較于部分需要全新生產設備的技術路線,融捷能源的DES-PEEs技術在工藝兼容性上更具優勢,為后續與現有電池生產線對接、降低量產成本提供了可能。
然而,傳統固態電解質長期面臨離子電導率與機械性能難以兼顧的行業痛點,聚醚基聚合物(如PEO)室溫離子傳輸效率低,無法滿足實際應用;含氟聚合物雖提升穩定性,卻因鏈段運動受限導致離子傳輸受阻,這些瓶頸嚴重制約著固態電池的產業化進程。
近日,融捷能源研發團隊在固態鋰金屬電池電解質領域取得突破性進展,其創新研發的DES基聚合物電解質(DES-PEEs),為解決這一行業難題提供了全新方案,相關成果已發表于國際知名期刊《ACS Applied Energy Materials》。
這項突破由融捷能源王萬勝博士帶領,趙婷博士(第一作者兼通訊作者)、陶柱晨博士組成的核心團隊聯合華南理工大學熊訓輝教授共同完成,圍繞核心結構設計與制備工藝,團隊已提交多項國家發明專利,彰顯出技術的自主創新性與知識產權保護力度。
研發團隊跳出傳統單一材料優化的思路,創新性地將低共熔溶劑(DES)的高離子傳輸特性,與帶醚鍵含氟聚合物的優異機械性能、化學穩定性相結合,通過原位紫外引發自由基聚合技術,構建出獨特的雙連續相分離結構。
這套結構如同為電解質打造了雙引擎,一套是富含DES的離子高速公路,專門負責鋰離子的快速、高效傳輸,解決傳統電解質離子傳導慢的痛點;另一套是由氟化彈性體構成的力學骨架,為電解質提供柔韌且穩定的機械支撐,確保其在電池循環過程中保持尺寸穩定,避免因結構變形影響性能。兩套網絡在三維空間中相互貫穿卻互不干擾,從根本上破解了離子電導率與機械性能不可兼得的行業困局。
實驗數據充分驗證了該電解質的卓越性能,優化后的HM30型DES-PEEs在室溫下離子電導率高達1.65mS/cm,是傳統PEO基電解質的數倍,意味著鋰離子在電池內部的傳輸效率大幅提升;鋰離子遷移數達到0.75,能有效減少離子傳輸過程中的能量損耗,提升電池整體效率;電化學穩定窗口拓展至4.94V(vs Li?/Li),可適配高壓正極材料,為開發更高能量密度的全電池奠定基礎。
在界面穩定性測試中,采用該電解質制備的Li||Li對稱電池表現尤為突出,不僅能承受2mA/cm2的電流密度,在1mA/cm2的電流密度下更可穩定循環超1000小時,電壓滯后小于20mV,展現出極強的鋰枝晶抑制能力與界面兼容性,而鋰枝晶生長正是導致固態電池短路、壽命縮短的關鍵隱患。
將該電解質應用于全電池體系后,鋰金屬固態電池的全工況性能進一步得到驗證。在低倍率長循環測試中,電池展現出卓越的容量保持能力與超99%的庫侖效率,循環穩定性遠超行業平均水平;即便在高倍率充放電條件下,仍能維持穩定的放電平臺與良好的容量保持率,證明其具備應對實際儲能場景中復雜工況的能力。
這一成果不僅填補了固態電解質性能優化的技術空白,更對固態電池產業化具有重要推動作用。相較于部分需要全新生產設備的技術路線,融捷能源的DES-PEEs技術在工藝兼容性上更具優勢,為后續與現有電池生產線對接、降低量產成本提供了可能。
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發表于 05-26 07:40
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國內企業突破固態鋰電池電解質瓶頸
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