近日,上海洗霸(603200)與中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所固態(tài)
電池先進(jìn)材料聯(lián)合創(chuàng)新實驗室張濤研究員團(tuán)隊通過石榴石型固態(tài)電解質(zhì)(LLZTO)與聚丙烯腈(PAN)強(qiáng)極性腈基基團(tuán)(-CN)之間的配位作用構(gòu)建了穩(wěn)固的LLZTO@PAN包覆結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,利用該功能性材料構(gòu)筑出水基漿料涂覆的表面強(qiáng)極性隔膜。該項工作闡明了固態(tài)電解質(zhì)功能化隔膜與鋰沉積行為之間的構(gòu)效關(guān)系,同時,構(gòu)筑水基漿料涂覆的功能化隔膜也為實現(xiàn)長壽命、高安全的高比能鋰金屬
電池提供了新的發(fā)展思路。
鋰金屬由于具有極高的理論比容量(3860 mAh g-1)和極低的電化學(xué)電勢( 3.04V Vs. SHE),是下一代高比能鋰電池的理想負(fù)極材料。然而,高活性鋰金屬所帶來的枝晶生長問題嚴(yán)重阻礙了其應(yīng)用進(jìn)程。目前亟需開發(fā)出一種兼具優(yōu)化鋰沉積行為和優(yōu)異加工性能的鋰金屬電池用功能化隔膜。基于上述問題,中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團(tuán)隊通過石榴石型固態(tài)電解質(zhì)Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12(LLZTO)與聚丙烯腈(PAN)強(qiáng)極性腈基基團(tuán)(-CN)之間的配位作用構(gòu)建了穩(wěn)固的LLZTO@PAN包覆結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,利用該功能性材料構(gòu)筑出水基漿料涂覆的表面強(qiáng)極性隔膜。一方面,PAN的空間位阻效應(yīng)有效改善了LLZTO在水中的分散性;另一方面,LLZTO@PAN賦予隔膜表面強(qiáng)極性和高離子電導(dǎo)率,有效均勻鋰沉積,實現(xiàn)鋰金屬電池在2 C下穩(wěn)定循環(huán)1000次,容量保持81%。
該成果以“A Strong-surface-polarity Separator Enables Dendrite-free Lithium Metal Anodes via Coordinated Garnet Electrolyte”為題發(fā)表在Chemical Engineering Journal (DOI:16/j.cej.2023.147041)上。論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士生朱雅瓊,通訊作者為張濤研究員和楊亞南博士后。
LLZTO@PAN功能化隔膜抑制鋰枝晶示意圖
LLZTO@PAN表征與水分散性
LLZTO@PAN功能化隔膜物化性能
循環(huán)后負(fù)極形貌對比及調(diào)控鋰沉積示意圖
鋰金屬電池循環(huán)性能
(圖源: 中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)
通過合作共建固態(tài)電池先進(jìn)材料聯(lián)合創(chuàng)新實驗室,上海洗霸與中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團(tuán)隊建立了緊密合作。由上海洗霸董事長王煒博士及張濤研究員共同擔(dān)任聯(lián)合創(chuàng)新實驗室主任,以張濤研究員(英國皇家化學(xué)學(xué)會會士)及其團(tuán)隊成員楊亞南(上海市超級博士后)為代表的高級研發(fā)人員為公司持續(xù)提供原創(chuàng)技術(shù)支持。同時,以股權(quán)為紐帶,雙方合資成立上�?圃垂棠苄履茉纯萍加邢薰咀鳛楫a(chǎn)業(yè)化實施主體,由王煒博士任董事長、張濤研究員任董事兼總經(jīng)理,將加速推進(jìn)實驗室科研成果的產(chǎn)業(yè)化落地。
張濤研究員曾在業(yè)內(nèi)峰會中表示,“鋰離子電池由液態(tài)向固態(tài)發(fā)展的過程中對隔膜提出了新要求。傳統(tǒng)的PP隔膜、PE隔膜和固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展會是相當(dāng)長時間的并存過程,提升隔膜功能化是目前以及未來較長時間內(nèi)需要實現(xiàn)的研發(fā)目標(biāo)。”前述固態(tài)電解質(zhì)功能化隔膜研究方面取得的最新進(jìn)展,為加速推進(jìn)實現(xiàn)長壽命、高安全的高比能鋰金屬電池提供了新的發(fā)展思路。
據(jù)中信證券研究報告,當(dāng)前固態(tài)電池仍處于0-1發(fā)展階段,但憑借能量密度更高、安全性更強(qiáng)等多方面優(yōu)勢,其產(chǎn)業(yè)化已是大勢所趨。從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來看,預(yù)計固態(tài)電池會從半固態(tài)電池開始,在2024年左右有望率先小范圍應(yīng)用于機(jī)器人、軍工航天、高端新能源車型等價格敏感度較低、安全性能要求較高的領(lǐng)域,2027年后有望開始實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化將會持續(xù)催化對固態(tài)電解質(zhì)等核心材料的市場需求,也有望帶動硅碳負(fù)極等行業(yè)發(fā)展。上海洗霸將緊跟相關(guān)領(lǐng)域市場發(fā)展,全速推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化工作進(jìn)程。日前,上海洗霸松江基地建設(shè)項目已正式開工,將落實公司水處理領(lǐng)域以及新能源領(lǐng)域關(guān)鍵先進(jìn)材料硬核技術(shù)的研發(fā)生產(chǎn)工作,以滿足業(yè)務(wù)規(guī)模持續(xù)增長對相關(guān)產(chǎn)能的需求。
(責(zé)任編輯:子蕊)
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