负责人:李明涛
所在学院：化学工程与技术
一、项目简介
目前商用锂离子电池电解液体系，其应用最广泛的体系是碳酸酯类溶剂和锂盐组成的混合溶液。其中的碳酸酯类溶剂具有低沸点、低闪点的特性，热稳定性较低，在高温（>200 oC）、高电压（>4.6 V）下易被氧化分解产生大量的热，从而使电池内部温度和压力急剧增加，若不能及时得到释放，极易引起热失控，导致起火、爆炸事故的发生。因此，有机电解液的热不稳定性是锂离子电池热失控风险的主要原因，只有改进电解质体系、提高电解质的稳定性，才可能从根本上解决锂电池的安全风险。
使用固态电解质替代传统有机液态电解液，可以在提高电池能量密度的同时很好地解决电池安全性问题。固态电解质具有不可燃、耐高温、无腐蚀、不挥发的特性，避免了传统锂离子电池中的电解液泄露、电极短路等现象，降低了电池组对于温度的敏感性，从而能够根除安全隐患。其次，固态电解质的电化学窗口更宽，可达到5V，更加适应于高电压型电极材料。随着正极材料的持续升级，固态电解质能够做出较好的适配，有利于提升电池系统的能量密度。另外，固态电解质的电子绝缘性使得其能够将电池正极与负极阻隔，在导通离子的同时能充当隔膜的功能，从而取代隔膜的使用，有利于降低电池成本。固态电解质作为固态锂电池中的核心部件，近年来，已成为国内外的研究热点。
基于对现有固态锂电池及其关键材料的研究和了解，复合电解质具有诸多优点，是工业固体电解质的发展方向。制备方法简单：将聚合物基体和锂盐溶于有机溶剂中，得到混合溶液；向混合溶液中加入无机陶瓷快离子导体填料及增塑剂，搅拌均匀，形成浆料；将浆料通过溶液浇铸法涂覆在聚四氟乙烯模具上，形成液态薄膜；将液态薄膜真空干燥，除去有机溶剂，得到固态电解质膜。然后经过涂布、辊压、叠层、卷绕、组装一体化固态电池电芯及电池单体。
产品性能优势
固态电解质按物质种类可分为：氧化物、硫化物、聚合物和复合物固态电解质。氧化物固态电解质包括晶态和玻璃态(非晶态)两类，其中晶态电解质包括钙钛矿型、NASICON型、LISICON型以及石榴石型等。氧化物固态电解质具有良好的导电性和电化学稳定性。 根据电化学阻抗谱的测量结果，发现 Al、Fe 和 Ga 掺杂的 LLZO 样品具有更高的离子电导率，其中 Ga 掺杂的样品在室温下的电导率达到了 1.31 mS/cm。然而以LLZO为代表的氧化物电解质暴露在空气中会在表面以及晶界处生成一层惰性的Li2CO3层，从而导致固态电解质界面阻抗大幅度增加，阻碍了氧化物固态电解质的规模化应用。硫化物固态电解质合成温度低，机械延展性优良，且离子电导率高，如Li3.25Ge0.25P0.75S4，Li10GeP2S12(LGPS)和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3 (LSiPSCl)的室温锂离子电导率分别达到了2.2、12.0和25.0 mS/cm。然而硫化物固态电解质的电化学稳定性差、空气稳定性差，易与空气中的H2O反应生成H2S，降低电解质的使用寿命，直接限制了其在高能量密度动力电池中的应用。聚合物固态电解质以聚合物基体如聚氧化乙烯、聚酯、聚酶和聚胺等为代表，由于其依靠聚合物链段的蠕动来传输锂离子，导致其常温下的电导率不高，很难达到10-4 S cm-1，因此限制了其进一步应用。
聚合物-无机复合固态电解质既具有无机快离子导体锂离子传导快的优点，同时兼具聚合物柔性好界面相容性优良的优势，完美解决了锂离子传导和界面相容性不能兼顾的矛盾，因此是一种非常具有应用前景的新型固态电解质。
三、市场前景及应用
本项目提出的复合固态电解质，主要应用于固态锂离子电池。
传统的液态锂离子电池，在高温或者短路的条件下，容易引发爆炸甚至火灾。另一方面，高容量的材料在液态锂电池中容易带来“枝晶”或者“死锂”等问题。锂电池电解质的固态化，不仅可以解决传统液态锂电池易燃易爆的问题，而且可以实现与高容量的金属锂负极和高镍三元正极材料相匹配，发挥出三元材料容量大的优势，能够从根本上解决液态锂电池存在的安全及能量密度无法大幅提升的问题。
四、技术成熟度
√概念验证 □原理样机 □工程样机 □中试 √产业化
五、合作方式
√联合研发 √技术入股 □转让 √授权（许可）□面议
