西安交大高国新:三大固态电解质材料技术挑战及解决策略
来源:能源财经网 作者:陈语 时间:2025-09-19 23:04:35
2025遂宁国际锂电产业大会现场
能源财经网9月19日讯(林音 四川遂宁 图文直播)9月18日-20日,“2025遂宁国际锂电产业大会”在四川遂宁召开。本届大会以“锂向新质 智胜未来”为主题,聚焦锂矿资源、液态锂电池、固态电池、钠电池、储能等热点赛道和话题,特邀中国、俄罗斯、印度、德国、澳大利亚、加拿大等海内外大咖精彩分享,特设新品技术展示、供需资源对接、产业基金专题对接、园区参观等环节,汇聚行业知名院士、专家、产业链上市公司、专精特新企业、国内外投资机构等400+各界人士,共同探索产业高质量发展之路,推动上下游供需共振,促进产业创新升级。
西安交通大学教授高国新
19日下午,西安交通大学教授高国新在本次大会固态电池分论坛上作了题为《固态锂电池的机遇与挑战》的主题演讲,分享了发展固态锂电池的原因、无机固体电解质的优势与挑战、聚合物电解质的优势与挑战等等,能源财经网摘选了其部分精彩观点,以飨读者:
高国新介绍,随着锂电池在新能源汽车中的应用推广,人们在追求锂电池高能量密度和长续航能力的同时,越来越关注动力锂电池的安全问题。锂电池作为电动汽车的“心脏”,占整车成本的30%-40%,直接影响电动汽车续航和安全性。但液态锂电池一旦发生热失控,就容易造成动力锂电池起火爆炸。
高国新分析称,发展固态电池技术的目标一是提升安全性能,二是提高能量密度。以高强度、不易燃的固态电解质膜代替传统有机电解液,能够解决锂电池的安全问题。
“发展固态锂电池,根本上是制备出高性能的固态电解质材料。”高国新介绍,不同类型电解质各有优劣:
硫化物电解质具有以下突出特点:高柔韧性和高离子电导率,加工性好,但面临纯无机电解质弹性模量低,易碎,粉末压制时电解质层厚度较大,电池能量密度低等挑战,解决策略是引入聚合物(PTFE、PVA、Li-4-VPB),制备高机械强度的复合电解质薄膜。
复合电解质薄膜在制膜工艺方面,高国新介绍,可根据制造过程中溶剂的使用情况分为干法和湿法。
其中,干法工艺与硫化物电解质的相容性更好,采用干法成膜技术,可避免有机溶液的使用。该技术因其工艺简单、抑制分层和无溶剂污染等优点而受到越来越多的关注。
但干法工艺也有局限性:目前只能采用聚四氟乙烯(PTFE)才能达到原纤维化的效果,而PTFE粘附性差且抗拉强度较低,循环过程中发生还原脱氟(卡宾碳)导致电池短路,改进方法是将动态共价交联的聚亚胺粉末与电解质混合,通过热压填充孔隙,加热后动态共价键重组实现流动,填充孔隙并形成连续网络。冷却后形成的刚性网络,可提供机械支撑,同时保留电解质颗粒间的离子通道,解决PTFE还原脱氟导致的界面不稳定问题。此外,通过热压,可使热塑性聚酰胺(TPA)粘结剂在粘流状态下且保持较低粘度,最终形成的渗透网络,制备超薄复合电解质膜,改善PTFE粘结剂粘附力和应力消散能力,缓解电极/电解质界面的稳定性增强电解质膜的机械强度。
湿法浆料工艺与传统制造更兼容,不过在传统浆料涂覆湿法成膜工艺中,硫化物电解质会与极性溶剂剧烈反应,只能采用甲苯等低极性溶剂和非极性橡胶类粘结剂(PIB、EPDM)。
氧化物电解质具有空气稳定性好、热稳定性好、电化学稳定性好等优势,同时也面临烧结温度高、脆性大、难加工、离子电导率偏低等挑战,改进方法是与聚合物复合,批量化制备高机械强度复合电解质膜,降低界面阻抗。
聚合物电解质传输主要依靠非晶区链段运动传输离子,优势是柔性、易成膜、便宜,但室温离子电导率低。提升离子电导率的策略是:有机无机复合,借助界面层提升离子传输;利用聚合物内软硬段的“相锁定” 策略,增大聚合物链段运动能力,从而提升离子传输;选择合适的增塑剂,构筑凝胶电解质,提升离子传输;采用原位聚合,增强界面结合,提升离子传输。
(以上观点根据论坛现场速记整理,未经发言者本人审阅。)
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