中国粉体网讯 2025年3月18日到19日，由中国粉体网主办的2025全固态电池技术交流大会暨第一届干法电极技术研讨会在安徽蚌埠隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客对话栏目，进行访谈交流。本期为您分享的是中国粉体网对中国科学院兰州化学物理研究所副研究员杨燕飞的专访。
中国粉体网：杨老师，请您简单介绍一下你们课题组，以及近年来在固态电池领域的研究成果。
杨老师：我们团队硅基功能材料组隶属于中科院兰州化学物理研究所资源能源中心，由张俊平研究员领衔，主要聚焦硅酸盐黏土与有机硅润湿性涂层的应用基础研究，涵盖仿生超疏液涂层、锂电池隔膜/固态电解质、太阳能界面蒸发材料等方向。
在固态电池研究方面，我们结合黏土矿物特色资源，围绕国家能源重大需求，开展了一系列创新研究。前期，我们开发了一系列黏土矿物功能化锂电池隔膜，揭示了纳米结构、表面化学特性及其对锂电池性能的调控机制（Angew Chem Int Ed、Adv Energy Mater等）。在此基础上，我们系统研究了五种不同微观结构的黏土矿物对聚合物复合固态电解质性能的影响，发现纳米片状蒙脱石因其边缘正电荷可促进锂盐解离，形成快速锂离子传输通道。通过丁二腈-锂盐插层改性蒙脱石，我们成功制备了高效锂离子导体材料，大幅提升PEO基复合固态电解质的综合性能，并阐明了其锂离子捕获及界面稳定化机理（Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等）。
为突破传统纳米填料难以形成连续锂离子传输通道的瓶颈，我们受神经元结构启发，创新性地在蒙脱石表面原位生长有机硅纳米线，构建SNFs@蒙脱石超疏水复合材料。该材料显著提高了PEO基固态电解质的离子电导率、迁移数及氧化稳定性。研究表明，蒙脱石作为锂离子富集枢纽，而SNFs-PEO界面形成的长程连续通道提供了高效传输路径。进一步在SNFs表面引入电负性官能团，增强了氢键网络稳定性，为高性能固态电解质提供了新思路。
中国粉体网：杨老师，请您介绍一下什么是硅酸盐黏土复合固态电解质？它具有哪些优势？
杨老师：硅酸盐黏土复合固态电解质是以硅酸盐黏土为主体，通过聚合物基体及功能化纳米材料复合构建的新型电解质体系，在固态电池领域展现出独特优势：（i）高离子导电性：独特的纳米片状结构可构建丰富的Li⁺传输通道，显著提升电解质离子电导率;（ii）优异力学性能：通过合理设计，实现刚柔并济，有效适应电池充放电过程中的体积变化，提升循环稳定性;（iii）界面稳定性：良好的聚合物-无机材料相容性，有助于形成稳定的界面相，提高电化学稳定性。
与传统无机填料相比，硅酸盐黏土纳米材料具有以下独特优势：（i）表面丰富的氧活性位点可通过路易斯酸碱相互作用促进锂盐解离，增加自由Li⁺浓度；（ii）天然纳米结构可同时增强材料的机械性能；（iii）具有来源广泛、成本低廉、环境友好等特点，符合可持续发展理念。这些特性使硅酸盐黏土成为制备高性能复合固态电解质的理想选择，为下一代固态电池的发展提供了新的材料体系。
中国粉体网：杨老师，您团队通过有机硅纳米线@蒙脱石超疏水纳米填料与聚合物电解质复合形成硅酸盐黏土复合固态电解质，它的构筑机理是什么？
杨老师：在固态电解质中，构建长程连续Li⁺传输通道是实现高效离子输运的核心挑战。传统无机填料，如蒙脱石，难以形成稳定的传输网络。我们受神经元结构及信号传导机制的启发，创新性地构筑超疏水SNFs@蒙脱石纳米填料，形成高效的离子传输体系。
仿生神经元结构：通过甲基三氯硅烷在蒙脱石表面可控水解缩合，成功制备有机硅纳米线@蒙脱石，其分支结构在PEO基复合固态电解质中构建三维连续离子通道，实现多向高效Li⁺传输。
化学增强机制：丰富的表面活性位点增强锂盐与聚合物的Lewis酸-碱相互作用，促进锂盐解离，提高自由Li⁺浓度；SNFs-PEO界面构筑长程连续通道，确保稳定的锂离子输运；SNFs表面接枝电负性官能团，构建稳定的氢键网络，提升界面稳定性与长循环耐受性。
力学强化作用：SNFs的复杂分支结构增强了电解质的补强效果，显著提升机械稳定性与循环寿命。
这种仿生设计策略突破了传统填料难以形成稳定连续Li⁺通道的瓶颈，为宽温域适用的高性能固态锂金属电池提供了全新材料体系。
中国粉体网：杨老师，这种硅酸盐黏土复合固态电解质应用前景如何？
杨老师：硅酸盐黏土凭借其层状结构与丰富资源，在固态电解质领域展现出广阔的应用潜力。其天然纳米通道可显著提升锂离子传输效率，同时，其优异的热稳定性与机械强度可满足高安全性固态电池的需求。在下一代高能量密度电池、柔性电子器件、高温储能系统等领域，硅酸盐黏土复合固态电解质具备独特的优势。
然而，推动该材料的商业化应用仍需进一步优化制备工艺、结构性能关系研究及界面修饰技术，以充分挖掘其在储能领域的潜力。随着技术突破，该材料有望成为新能源领域高值化应用的重要方向，为固态电池的产业化提供关键支撑。
中国粉体网：杨老师，你如何看待目前固态电池的发展形势？商业化还需要多久？
杨老师：固态电池正处于从实验室研发向产业化转化的关键阶段。近年来，在材料开发、界面优化、规模化制备等方面的突破，为其商业化奠定了基础。目前，高离子电导率固态电解质、界面工程优化、低成本制造工艺的进展正加速固态电池的成熟。
预计在未来5-10年内，固态电池将逐步进入商业化阶段，首先应用于高端消费电子与特种领域，随后扩展至电动汽车和大规模储能市场。尽管商业化仍面临成本、工艺、供应链等挑战，但其在安全性、能量密度、循环寿命方面的优势，使其成为下一代电池技术的重点方向。随着技术进步和产业链完善，固态电池的商业化进程将持续加速。
