“固态电池及其关键材料研究进展”线上讲座

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发布时间：

2021/02/22

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固态电池作为一种高安全、高比能量、长寿命的储能器件技术已经成为新型化学电源领域的研究热点。它与传统锂离子电池相比，不仅具有更高比能量，还具有更好的安全特性，有望成为下一代动力和储能的主流技术，在新能源汽车、大规模储能和先进消费电子领域表现出十分广阔的应用前景。

为进一步推动固态电池基础与应用研究，传播最新研究成果和发展动态，化学与物理电源技术重点实验室联合中国化学与物理电源行业协会《电源技术》编辑部，计划于2021年4月16日举办“固态电池及其关键材料研究进展”线上讲座。

拟邀请从事固态电池研究多年并取得诸多科研成果的教授专家做主题讲座。讲座主题侧重于固态电池基础研究、关键材料和关键技术。欢迎国内外相关高等院校、科研院所、产业链上下游企业等单位从事全固态电池研发的相关工作人员踊跃参加。

讲座主题：固态电池及其关键材料研究进展

主办单位：

化学与物理电源技术重点实验室

中国化学与物理电源行业协会《电源技术》编辑部

会议时间：2021年4月16日 13:30~17:00

嘉宾与报告：

报告题目1：固态电池中的锂金属负极界面设计

专家简介：张强，清华大学长聘教授、博士生导师。2017-2020年连续四年被评为“全球高被引科学家”。在国家自然科学基金杰出青年基金、国家重点研发计划、北京市重点基金以及相关企业等支持下，从事能源化学与能源材料的研究。近年来，提出了锂硫电池中的锂键化学、离子溶剂复合结构概念，并根据高能电池需求，研制出复合金属锂负极、碳硫复合正极等多种高性能能源材料，构筑了锂硫软包电池器件，在储能相关领域得到应用，取得了显著的成效。h因子105，授权发明专利40余项。担任国际期刊J Energy Chem, Energy Storage Mater副主编，Matter, Adv Funct Mater, J Mater Chem A, ChemSusChem, Sci China Mater, 《化工学报》等期刊编委。曾获得教育部自然科学一等奖等学术奖励。

报告摘要：金属锂因其高理论比容量和低电极电势, 被视为下一代高比能二次电池理想的负极材料之一。固态锂金属电池具有理论能量密度高、安全性高等优势，是极有前景的下一代储能系统。然而，固体电极与固体电解质之间有限的固–固接触严重阻碍了界面离子的传输。表面不稳定的界面膜及不均匀锂沉积等问题严重限制着其实际应用。目前, 金属锂负极的研究大多采用温和的实验条件, 这对于理解负极表界面的物理化学性质和揭示锂沉积规律等基础研究具有重要意义。本报告将从金属锂负极界面结构和调控出发，探讨固态电解质界面膜形成和发挥作用的化学过程，以望实现高效固态电池体系的理性设计。

报告题目2：电池新体系功能电解质材料的研究策略

专家简介：陈人杰，北京理工大学材料学院教授、博士生导师。现任国家部委能源专业组委员，中国材料研究学会理事（能源转换及存储材料分会秘书长）、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、国际电化学能源科学院（IAOEES）理事、中国化工学会化工新材料专业委员会委员、中国电池工业协会全国电池行业专家、北京电动车辆协同创新中心研究员，《储能与动力电池技术及应用》丛书编委、《中国材料进展》青年编委等。

主要从事新型二次电池及关键能源材料的研究，面向高能量密度电池新体系的构筑、电池安全性能的改善、功能器件的设计开发开展多电子高比能二次电池新体系及关键材料、新型离子液体及功能复合电解质材料、特种电源用新型薄膜材料与结构器件、绿色二次电池资源化再生等方面的教学和科研工作。作为负责人，承担了国家自然科学基金委项目、科技部重点研发计划项目、科技部863计划项目、科技部国际科技合作项目、中央在京高校重大成果转化项目、北京市重大科技项目等课题。在Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Nat. Commun.等期刊发表SCI收录论文200余篇；申请发明专利88项，获授权41项；获批软件著作权7项，出版学术专著2部（《先进电池功能电解质材料》科学出版社2020年出版；《多电子高比能锂硫二次电池》科学出版社2020年出版）。作为主要完成人，获得国家技术发明二等奖1项、部级科学技术一等奖4项。入选教育部长江学者特聘教授、北京高等学校卓越青年科学家、中国工程前沿杰出青年学者和英国皇家化学学会会士、科睿唯安2020“全球高被引科学家”。

报告摘要：作为二次电池的重要组成部分，电解质材料的研究开发对于二次电池整体性能的提高和器件的工程开发具有重要作用。课题组对锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池等体系的电解质和电极/电解质界面的研究进展进行了系统论述，分析了电解质材料的主要分类和不同体系的离子传输机理；通过对各类电解质材料的物性分析和比较，对存在的科学问题和技术瓶颈进行了阐述；从电解质中离子性质、SEI膜主要组分和对应功能等方面对相界面特性进行了深入分析：通过对不同修饰技术的比较，阐述了相界面的修饰方法和原理；论述了固态电解质层包覆技术，提出了界面改性的可行思路和有效手段。从电解质工程化发展的角度探讨了推动新型二次电池产业化发展的进程，提出了电解质关键技术未来发展的总体架构，阐明了各类电解质材料未来发展的应用前景。

报告题目3：实用化氧化物固体电解质与固态锂电池研究进展

专家简介：郭向欣，中国科学院百人计划、上海市浦江人才、山东省泰山学者特聘教授、青岛市创业创新领军人才。现为青岛大学教授，博士生导师，青岛市高性能固体电解质与固态锂电池研究中心和山东省固态电池工程实验室主任。当前主持国家自然科学基金委重点项目和面上项目各1项，参与国家重点研发计划新能源汽车重点专项。受聘为国家科技部和基金委项目评审专家，无机材料学报和储能科学与技术编委。研究工作聚焦固态离子导体中的离子输运与界面调控。

报告摘要：基于十多年对石榴石型氧化物固体电解质的研究，对氧化物固体电解质材料从实验室制备到规模化生产所面临的挑战与应对方案进行了讨论。针对固态电池中的关键问题、多层次界面所涉及的科学问题进行了深入探讨，其中包括固态复合正极内部界面、正极和电解质间界面、电解质内部界面、以及锂金属和电解质间界面。面向高能量密度高安全的发展目标，提出正极支撑、轻薄固态电解质层、电极电解质一体化构筑的思路设计制备实用化固态锂电池，并讨论性能优化策略。

报告题目4：基于硫化物固体电解质全固态二次电池

专家简介：姚霞银，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员，博士生导师，2009年毕业于中国科学院固体物理研究所&宁波材料技术与工程研究所，获工学博士学位。同年7月起在中国科学院宁波材料技术与工程研究所从事科研工作，期间曾先后在韩国汉阳大学、新加坡南洋理工大学、美国马里兰大学从事储能材料研究。目前研究兴趣集中于全固态二次电池关键材料及技术研究，迄今为止，与合作者一起在Advanced Materials、Nano Letters、Advanced Energy Materials、Nano Today、ACS Nano、Nano Energy、Energy Storage Materials等材料及新能源领域期刊上发表论文120余篇，申请发明专利50余项。担任中国化工学会第二届储能工程专业委员会委员，《储能科学与技术》杂志第三届编辑委员会委员，获得了浙江省万人计划青年拔尖人才、中科院青促会会员等荣誉。

报告摘要：与商业化的锂离子电池相比，基于固态电解质的全固态锂电池未来将具有更高的安全性和能量密度，可以预见，发展全固态锂电池有望突破传统液态电解质锂离子电池的瓶颈，具有重要的现实意义。长期以来，由于固态电解质离子电导率较低，全固态锂电池在与有机电解液锂离子电池的竞争中并不具备优势。但近年来，科研人员在固态电解质电导率方面取得了突破，尤其以LGPS为代表的一系列硫化物固态电解质的离子电导率已经达到甚至超过传统液态电解质，被认为是最有前途的锂离子导体之一，给全固态电池的研发带来了新的希望。

尽管硫化物电解质的出现为全固态锂电池在电化学储能器件中的应用提供了巨大的可能性，但其存在的几个关键问题仍需深入探究并有待被解决，如硫化物电解质的电化学/化学稳定性、电解质与电极材料的兼容性、热/空气稳定性等以及电解质与正负极电极的界面特性均应该被充分考虑。报告中将系统分析全固态电池结构，介绍高室温电导率硫化物电解质及其粒径控制、空气稳定性与金属锂稳定性改善的研究进展，阐述正极材料选择的原则以及硫化物电解质与正负极材料界面优化策略，总结基于硫化物固体电解质全固态二次电池存在的挑战，为设计大容量、高安全的全固态二次电池提供思路。

报告题目5：固态电池电解质/金属电极复合导电界面研究

专家简介：贺艳兵，清华大学深圳国际研究生院长聘副教授（特别研究员），博士生导师。主要从事高安全性二次电池及关键材料的研究，迄今在Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Energy Environ. Sci.等期刊共发表论文180余篇，他引9000余次，21篇入选ESI高被引论文，3篇入选热点论文，H因子52；获授权发明专利35项，实审26项，PCT专利2项；研究成果获国家技术发明二等奖（排名第五，2017）、广东省自然科学一等奖（排名第二，2019）、第十届侯德榜化工科学技术青年奖（2018）、广东省科学技术二等奖（排名第一，2015）；入选教育部“长江学者奖励计划”青年学者（2018）和广东省特支计划科技创新青年拔尖人才（2015）；担任Nanomaterials期刊编委和深圳全固态动力锂电池电解质工程研究中心主任，受邀在国内外学术会议做主题和邀请报告60余次。

报告摘要：发展高安全动力与储能电池对于新能源和电动汽车等战略新兴产业的发展具有重大意义。然而，锂电池电极与液体电解液之间存在严重的热/电化学界面副反应，容易发生热失控导致其安全性显著降低，成为制约高能量密度和高功率密度锂电池大规模应用的瓶颈。固态电解质的应用能够显著降低电极/电解质副反应，从而提高锂电池的安全性能，然而高界面阻抗和低界面稳定性阻碍了固态电池的产业化发展。针对上述难题，课题组发展了聚合物及其复合固态电解质的原位制备方法，开发了新型高强度致密化固态电解质，揭示了无机/凝胶聚合物复合固态电解质中“固-液混合离子输运机理”，实现了金属负极的均匀沉积和低阻抗、高稳定界面的构建，有效抑制了金属电极常温和高温枝晶生长和体积变化的难题；提出了低阻抗全固态电池一体化结构的设计思想，显著降低了正极/固态电解质界面阻抗并实现了正极内部高效离子输运，开发了无机陶瓷电解质/锂金属多功能复合导电界面层，同步实现了陶瓷固态电解质/锂负极良好的界面相容性和高效离子输运，获得了高性能全固态电池。