近日，上海洗霸（603200）與中國(guó)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(shí)驗(yàn)室張濤研究員團(tuán)隊(duì)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(xiàng)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(shí)，構(gòu)筑水基漿料涂覆的功能化隔膜也為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(shì)( 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(zhǎng)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(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團(tuán)隊(duì)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(shí)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(duì)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(guó)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(shí)驗(yàn)室，上海洗霸與中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團(tuán)隊(duì)建立了緊密合作。由上海洗霸董事長(zhǎng)王煒博士及張濤研究員共同擔(dān)任聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室主任，以張濤研究員（英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士）及其團(tuán)隊(duì)成員楊亞南（上海市超級(jí)博士后）為代表的高級(jí)研發(fā)人員為公司持續(xù)提供原創(chuàng)技術(shù)支持。同時(shí)，以股權(quán)為紐帶，雙方合資成立上海科源固能新能源科技有限公司作為產(chǎn)業(yè)化實(shí)施主體，由王煒博士任董事長(zhǎng)、張濤研究員任董事兼總經(jīng)理，將加速推進(jìn)實(shí)驗(yàn)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(huì)中表示，“鋰離子電池由液態(tài)向固態(tài)發(fā)展的過程中對(duì)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(huì)是相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的并存過程，提升隔膜功能化是目前以及未來較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要實(shí)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(bào)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(shì)，其產(chǎn)業(yè)化已是大勢(shì)所趨。從產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程來看，預(yù)計(jì)固態(tài)電池會(huì)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(jià)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(shí)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(huì)持續(xù)催化對(duì)固態(tài)電解質(zhì)等核心材料的市場(chǎng)需求，也有望帶動(dòng)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(chǎng)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(xiàng)目已正式開工，將落實(shí)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(zhǎng)對(duì)相關(guān)產(chǎn)能的需求。