寿命提升“25倍”！浙工大材料学院相关研究成果在超长寿命固态锂电池技术方面取得新突破！
发布日期：2022-11-01 09:25:34
截至目前，全国新能源汽车的保有量已突破1000万辆，但因电池续航时间下降，以及充电桩配置的不完备，导致新能源汽车“掉链子”的新闻屡见不鲜。这其中的关键环节毫无疑问是动力电池，新能源汽车产业的发展离不开高能量密度、高安全性又低成本的电池配备。
这其中，固态金属锂电池则是当下最火热，最被寄予厚望的“超级电池”研发技术路径。固态电池使用高安全的固态电解质代替原有易燃易爆炸的液态电解质，用金属锂（能量密度：3860 mAh g-1）代替石墨负极（372 mAh g-1），其潜在优势可以用4个词来概括：轻、薄、密、稳，主要解决目前动力电池遇到的2个核心难题：续航里程不够长，电池还不够安全。固态金属锂电池在新能源车中的应用，能在同等体积电池包的情况下，拥有更长的续航里程，更安全的运作环境，更长的电池寿命，同时也能提升新能源二手车的保值率。
基于此，学院新能源材料与技术研究所陶新永教授团队制备了高安全硫化物固态电解质（Li4SnS4），并与金属锂匹配制备高能量密度固态金属锂电池。借助冷冻电镜分析了金属锂和固态电解质的界面失效机制，验证了界面反应方程 (2Li+2Li4SnS4=5Li2S+Sn2S3)。并设计了界面稳定的卤化物策略，通过自扩散方法在金属锂和固态电解质之间引入由碘化锂和聚氧化乙烯（PEO）组成的界面缓冲层（PEO-LiI），有针对性的实现Li4SnS4电解质界面和体相的稳定。最终使锂-锂半电池稳定循环超1500小时，循环寿命提升25倍，对于构建长效循环的固态金属锂电池有重要的作用。
金属锂/Li4SnS4电解质的界面冷冻电镜表征及电化学性能对比
相关成果以“Stabilizing Li4SnS4 Electrolyte from Interface to Bulk Phase with a Gradient Lithium Iodide/Polymer Layer in Lithium Metal Batteries”为题，于2022年10月11日在线发表于国际期刊《Nano Letters》（DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03291）。材料科学与工程学院陶新永教授、佴建威教授为论文共同通讯作者，浙江工业大学为唯一通讯单位。该研究工作得到国家自然科学基金联合基金项目(U21A20174)、面上项目(51972285)和浙江省“领军创新创业团队引进计划”（2020R01002）的资助。
此外，研究团队在固态电池领域和冷冻电镜用于表征界面方面深耕7年，制备系列聚氧化乙烯基聚合物固态电解质，有机-无机复合固态电解质，探究固态电解质的离子传输机制，分析其与金属锂负极、高压镍钴锰正极的反应机制，形成系列研究成果。相关成果发表于Science、Nat. Energy、Nat. Commun.、Nano Lett.、Adv. Mater.等期刊。
浙江工业大学材料学院副院长、教授、博士生导师。先后获得浙江省杰出青年科学基金、国家优秀青年科学基金、国家杰出青年科学基金项目资助。获教育部“新世纪优秀人才支持计划”、浙江省“钱江高级人才”计划支持，入选浙江省“151人才工程”第一层次、浙江省“高校领军人才培养计划”创新领军人才。主要从事新型储能材料基础理论及应用研究，近年来主持国家自然科学基金和省部级项目12项，主持和参与企业应用项目20余项；以第一或通讯作者在Science、Nat. Energy、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Nano Lett.、ACS Nano、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Energy Mater.等期刊上发表50余篇论文；入选ESI高被引论文20篇；获授权发明专利42项；合作编写英文书籍章节2章。
浙江工业大学材料学院教授，博士生导师。主要从事微纳组装能源材料的基础研究，共发表SCI论文60余篇，被引用5000余次。以第一及通讯作者在Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett. 等材料与化学领域国际重要期刊发表论文20余篇。作为负责人主持4项省部级以上科技项目。目前是国家优青、浙江省低维功能材料与器件创新团队带头人，入选浙江省“海外引才计划”、浙江省首批“5246人才工程”高层次拔尖人才；获省特聘专家称号。
