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对话苏州大学田景华教授,直击固态电池发展中的难点与痛点


来源:中国粉体网   三昧

[导读]  对话苏州大学田景华教授,直击固态电池发展中的难点与痛点。

2019年12月24日,由中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会主办的“2019高比能固态电池关键材料技术研讨会暨第三届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”在江苏昆山隆重开幕!在此期间,中国粉体网邀请到众多能源颗粒材料领域内的专家、学者做客对话栏目,就固态电池的研发、制备及产业化应用等一系列议题发表他们的看法和建议。


 

©An Zhenhua/cnpowder.com.cn

苏州大学田景华教授


中国粉体网编辑:现在坐在我身边的是来自苏州大学田景华教授。田教授您好!


田景华教授:您好!


中国粉体网编辑:固态电池与传统电池相比具有能量高、安全性高等优势,但是其制备也更复杂,固态电池目前发展存哪些问题?


田景华教授:固态电池肯定是未来发展的一个重要方向,也是解决锂电池目前存在的安全性问题的一个很好的方法。但是目前固态电池还存在很多的问题,特别是固态电解质本身电导率偏低,与液体电解质相比,还有一定的差距。目前最有希望的是硫化物,其离子电导率最高,可达到10-2这样一个量级,但是稳定性比较差,特别是不能与空气进行接触,所以还要发展很多的方法对它进行一些保护。


另外一个问题就是这个固态电解质与锂电池正负极接触的稳定性问题。现在很多的固态电解质在循环的过程中,大家就会发现与正负极发生的反应会最终导致电池的循环性能、循环寿命都变差。再者从产业化的角度上来讲,固态电池的发展还有很长的路要走,因为它配套的一些设备,生产过程中配套设备的研发等等都是目前亟需大家共同解决的问题。


中国粉体网编辑:您研究的锂离子电池高压正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的优势有哪些?还有什么尚未解决的难点?


田景华教授:LiNi0.5Mn1.5O4是锂电池里边非常著名的高压正极材料,它是从锰酸锂进行掺杂而得到的。那么它最大的优点就是电压放电平台比较高,可高达4.7伏,同时它也继承了锰酸锂的一些优点,比如说结构比较稳定,安全性能比较好,此外还有三维的锂离子传输通道,放电容量也比较高。但是它存在的问题是它的优点同时也是它的缺点,就是它的放电电压太高。放电电压太高的问题就是现有的这些电解液还没有能够和它很好匹配的。因为现有的电解质在这么高的电压下大部分情况它就会分解掉,最终导致这个材料的循环性能和倍率性能都比较差。所以这也是目前高压正极材料商业化存在的最大难题之一。


中国粉体网编辑:您是基于什么考虑要研究异原子掺杂碳和铬氧化物对LiNi0.5Mn1.5O4进行表面包覆?两种改性的结果有什么研究价值?


田景华教授:正如我刚才提到的LiNi0.5Mn1.5O4材料因为它的放电平台比较高,容易与电解液发生反应,特别是当电解液里有一些微量水的存在的时候,它会产生氢氟酸,氢氟酸就会跟LiNi0.5Mn1.5O4发生反应,最终导致这个材料的分解。那么,为了解决这个问题,我们就采用了一种包覆的方法。就在LiNi0.5Mn1.5O4的表面包覆一层材料,相当于把这个LiNi0.5Mn1.5O4与这个电解液进行一个隔离,一方面减缓电解液与LiNi0.5Mn1.5O4的一个反应,与此同时也阻止锰离子的溶解。


对于我们选择的铬的氧化物非常稳定,在酸和碱的环境下都比较稳定,所以它可能是一种非常好的保护LiNi0.5Mn1.5O4的一种材料。那么碳材料,特别是掺杂的碳材料,它的优势就是它的电子电导率比较高,而且它的价格更加便宜,它可以在提高LiNi0.5Mn1.5O4稳定性的基础上,还可以达到提高电子传输的效率。


中国粉体网编辑:您认为固态电池的研究未来应该侧重哪些方面?为什么?


田景华教授:固态电池现在研究种类非常多,包括我们说的氧化物、硫化物,包括一些陶瓷类的等等,当然陶瓷类的也算氧化物。正如前边第一个问题提到的,它现在的问题,一个问题就是离子电导率不够高,第二个就是它的稳定性,特别是界面稳定性,界面电阻的问题,亟待去解决。未来一个方向就是要发展离子电导率比较高且空气下的稳定性也比较好的固态电解质。另外要研究固态电解质与正负极之间的兼容性,界面反应怎样降低甚至消除。但我觉得可能很重要的就是单单一种固态电解质是很难达到这些要求的,可能以后要做一些复合材料,也就是聚合物和无机物的固态电解质的复合,或者说氧化物和硫化物的复合等等,这可能是一种可行的解决方案。


中国粉体网编辑:非常感谢田教授接受我们的采访。本次采访到此结束,谢谢!


田景华教授:谢谢!


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