青岛能源所硫化物全固态电池中试技术取得重大突破

tianliang

硫化物全固态电池凭借高能量、快速充放电、低温性能好以及高安全性、长寿命等优点，开创性地解决了液态锂电池存在的能量密度低、易燃、易爆等一系列问题，成为一项颠覆性前沿科技。众多国内外一流车企纷纷投入到硫化物全固态电池的研发中，并发布了量产计划。青岛能源所武建飞研究员带领的先进储能材料与技术研究组，始终立足产业需求，致力于丰富硫化物全固态电池解决方案供给，加快硫化物全固态电池制备工艺及规模化生产关键技术攻关，实现了硫化物全固态电池中试技术开发。针对硫化物全固态电池研发过程中电解质性能及电池倍率和寿命等几大关键问题，研究组均取得重要突破。

　　图 硫化物电解质性能、软包电池制备过程及循环寿命

　　硫化物固体电解质具备电位窗宽、电压高；输率为1（液体为0.5），传输速率快；无溶媒核，扩散速度快；界面副反应少；高温下（60℃）不氧化、低温下不凝固等优势，这使得硫化物全固态电池能同时兼具高能量密度和高倍率性能，是电动汽车电源的最佳选择。研究组立足产业需求，加快关键核心技术攻关，研发出高电导率、高倍率性能的硫化物固体电解质制备技术。开发出多体系多功能性的硫化物固体电解质，最高室温离子电导率达到11 mS/cm，可与有机电解液相媲美；研发出粒径为500-800 nm的纳米级硫化物电解质，并可实现低成本规模化生产。以此电解质涂布正负极，倍率性能较常规硫化物电解质得到显著提升，10 C 倍率放电比容量提升到常规电解质的2.4倍。
　　为了突破硫化物全固态软包电池工业化制备的技术瓶颈，团队自主创新了多项关键技术：厚度低于20 μm的超薄电解质膜制备技术，高稳定性电极包覆技术，高稳定性电极/电解质界面构筑技术，匀浆、涂布、电极成型、叠片等软包电池制备技术等。通过这一系列自主创新的关键技术，研究组成功开发出具有优异倍率、循环和低温性能的软包电池，并实现了硫化物全固态软包电池的连续化中试批量化生产。成功开发出长循环寿命的全固态软包锂电池，循环4000次，容量保持80%，处于国际国内领先水平，初步解决了全固态电池的寿命问题；成功开发出能量密度高达600 Wh/kg全固态锂硫电池，未来应用于电动汽车将大幅提升续航里程；解决了叠层难题，实现了2 Ah全固态软包电池制作，预计2024年2月底可开发出20 Ah电池单体。目前，研究组正在进行硫化物固体电解质制备以及全固态电池成型生产线落地筹备工作，并与上下游产业方合作，加速技术的研发和验证过程。力争2026年率先实现硫化物全固态电池批量化生产。
　　该工作得到了国家面上基金，中国科学院洁净能源创新研究院基金，山东省重点研发计划（重大科技创新）、山东能源研究院专项基金等的支持。（文/高静、赵富华）
      文章来源：青岛能源所