在“2024中國電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展論壇暨能源學(xué)人產(chǎn)學(xué)研大會”上，中山大學(xué)材料學(xué)院的盧俠教授以《固態(tài)電池關(guān)鍵材料與技術(shù)研究進展》為題作了引人注目的主題演講。隨著電動車發(fā)展速度超出預(yù)期，市場對高性能電池和優(yōu)質(zhì)材料的需求急劇上升，固態(tài)電池因而成為關(guān)注的焦點。然而，固態(tài)電池的成功與否，關(guān)鍵在于材料的設(shè)計與優(yōu)化，特別是固態(tài)電解質(zhì)的研究。盧教授的團隊深入探索固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與鋰離子輸運過程，揭示了性能優(yōu)化的隱秘方向。

固態(tài)電池的發(fā)展背景與現(xiàn)狀

作為高校代表，盧俠首先回顧了電動車的快速發(fā)展，并指出這一技術(shù)進步遠超預(yù)期?，F(xiàn)如今，電動車的數(shù)量已大大超過最初的目標(biāo)，然而，隨著電動車的普及，人們對更高性能和更好材料的需求日益增加。固態(tài)電池正是在這一背景下應(yīng)運而生，其優(yōu)勢在于材料和結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。然而，盡管固態(tài)電池的概念和發(fā)展趨勢早已明確，其實際的應(yīng)用仍面臨諸多技術(shù)難題。

盧俠教授提到，固態(tài)電池的材料層面是關(guān)鍵。作為電動車發(fā)展的參與者，他強調(diào)，固態(tài)電池的構(gòu)造雖然在形式上與傳統(tǒng)電池相似，但它在材料上引入了新的界面設(shè)計，特別是在電解質(zhì)的選用上，帶來了顯著的性能提升。正如他所說，固態(tài)電池的發(fā)展本質(zhì)上是一個材料驅(qū)動的過程，關(guān)鍵在于如何通過材料的創(chuàng)新來提升電池的整體性能和安全性。

固態(tài)電池的材料構(gòu)成與界面問題

盧俠詳細介紹了固態(tài)電池的基本構(gòu)成，包括正負極、電解質(zhì)和界面，指出這些組成部分與傳統(tǒng)電池類似，只是在固態(tài)電池中引入了不同的界面材料。在他看來，固態(tài)電池的發(fā)展方向本質(zhì)上是材料驅(qū)動的，雖然固態(tài)電池有多種材料體系，如硫化物、氧化物和聚合物等，但沒有一種電解質(zhì)能夠完美解決所有問題。這些材料的進展不僅推動了固態(tài)電池的發(fā)展，也使得技術(shù)路線的選擇變得更加復(fù)雜。

盧俠強調(diào)，固態(tài)電池的核心挑戰(zhàn)之一在于界面的穩(wěn)定性與兼容性。不同材料之間的界面相互作用對電池的性能至關(guān)重要。任何微小的界面問題都可能導(dǎo)致電池性能的下降，因此對界面進行優(yōu)化是提升固態(tài)電池性能的關(guān)鍵。通過研究這些界面的特性，我們能夠找到更有效的解決方案。

全固態(tài)電池的基本實現(xiàn)思路

在討論固態(tài)電池的研究進展與挑戰(zhàn)時，盧俠教授不僅強調(diào)了全球范圍內(nèi)的關(guān)注，尤其是日本在技術(shù)方面的領(lǐng)先地位，還深入分析了固態(tài)電池逐步發(fā)展的基本實現(xiàn)思路。他指出，固態(tài)鋰離子電池的發(fā)展不可能一蹴而就，而是一個循序漸進的過程。

首先，當(dāng)前市面上的主流鋰電池大多依賴液態(tài)電解質(zhì)，但由于液態(tài)電解質(zhì)存在安全性、穩(wěn)定性等方面的局限，研究者們開始探索將固態(tài)材料引入電解質(zhì)系統(tǒng)，最終目標(biāo)是實現(xiàn)全固態(tài)電池的應(yīng)用。這個發(fā)展路徑包括三個階段：

液態(tài)電池：目前廣泛使用的鋰離子電池依賴于液態(tài)電解質(zhì)，盡管其在導(dǎo)電性和成本上具有一定優(yōu)勢，但存在易燃、易爆的潛在安全隱患，尤其在高能量密度的應(yīng)用場景下。

混合固液電解質(zhì)：過渡階段的產(chǎn)品融合了固態(tài)與液態(tài)電解質(zhì)，提升了電池的安全性和穩(wěn)定性。固液混合電解質(zhì)保留了液態(tài)電解質(zhì)的高導(dǎo)電性，同時引入固態(tài)電解質(zhì)提升結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該技術(shù)目前已在一些電池系統(tǒng)中取得應(yīng)用，主要用于提高電池的安全性能。

全固態(tài)電池：最終的目標(biāo)是開發(fā)完全使用固態(tài)電解質(zhì)的電池。在全固態(tài)電池中，電解質(zhì)材料完全由固態(tài)物質(zhì)構(gòu)成，理想情況下能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度和更優(yōu)異的安全性。然而，實現(xiàn)這一目標(biāo)仍面臨著諸如界面穩(wěn)定性、鋰離子傳輸效率等多重挑戰(zhàn)。

這些發(fā)展路徑都伴隨著復(fù)雜的材料研究和優(yōu)化過程，尤其是在界面優(yōu)化、內(nèi)阻控制、快充能力等方面。盧俠教授進一步指出，雖然全球許多公司和研究機構(gòu)都在攻克這些技術(shù)瓶頸，但目前的進展還遠未達到大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的水平。正如他所說：“固態(tài)電池前面加了一個形容詞，不管怎么加，本質(zhì)上是一種妥協(xié)，因為無法完整解決純固態(tài)穩(wěn)定性問題。”

固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)化與未來展望

盧俠在演講中重點討論了固態(tài)電解質(zhì)的研究，并分享了其團隊在LLZTO（鋰瀾鋯氧）材料方面的工作。通過對材料結(jié)構(gòu)、鋰離子傳輸機制的深入研究，他們成功優(yōu)化了固態(tài)電解質(zhì)的性能，并探討了材料改性與創(chuàng)新的潛力。此外，他提到，他們通過對陶瓷膜的制備，大大提高了電池的性能，盡管這一過程仍面臨著一些技術(shù)上的挑戰(zhàn)。

在談到固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)化時，盧俠教授強調(diào)，電解質(zhì)的物理特性與鋰離子的遷移速率密切相關(guān)。通過合成新型固態(tài)電解質(zhì)，可以顯著提高電池的充電速度和循環(huán)壽命。他指出，優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)的關(guān)鍵在于提高其離子導(dǎo)電性，并降低界面的電阻。通過不同的合成方法和后處理技術(shù)，可以在一定程度上改善這些性能，從而實現(xiàn)更高的電池效率。

固態(tài)電池的實際應(yīng)用與界面優(yōu)化

盧俠進一步介紹了固態(tài)電池在實際應(yīng)用中的表現(xiàn)，尤其是在硫化物電池中的應(yīng)用。他指出，硫化物電池雖然能量密度較高，但仍存在性能不穩(wěn)定的問題。他強調(diào)，界面問題是固態(tài)電池的核心挑戰(zhàn)，并通過介紹他們的研究成果，說明了通過潤濕劑和材料改性可以實現(xiàn)界面優(yōu)化，從而提高電池的循環(huán)壽命和性能。

在此過程中，盧俠教授強調(diào)，通過精細的材料設(shè)計，可以有效地改善電池的性能。舉例而言，在界面處添加適當(dāng)?shù)臐櫇駝?，不僅能夠提高鋰離子的遷移速率，還能改善電解質(zhì)與電極之間的接觸，從而實現(xiàn)更好的電化學(xué)性能。這一過程的優(yōu)化不僅需要基礎(chǔ)研究的支持，還需通過大量實驗驗證和工業(yè)化試驗，以確保其在商業(yè)應(yīng)用中的可行性。

總結(jié)而言，固態(tài)電池的發(fā)展依賴于材料的不斷創(chuàng)新與界面問題的解決。 盧俠鼓勵與會者深入研究固態(tài)電池的各個組成部分，并強調(diào)理解其動力學(xué)過程對優(yōu)化材料設(shè)計至關(guān)重要。他的研究成果展示了固態(tài)電池在材料優(yōu)化方面的巨大潛力，也指出了未來研究的方向和挑戰(zhàn)。通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和行業(yè)協(xié)作，固態(tài)電池有望在未來實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，為電動車的發(fā)展提供強有力的支持，從而推動綠色能源的轉(zhuǎn)型與發(fā)展。