近日，上海洗霸（603200）與中國科學院上海硅酸鹽研究所固態電池先進材料聯合創新實驗室張濤研究員團隊通過石榴石型固態電解質（LLZTO）與聚丙烯腈（PAN）強極性腈基基團（-CN）之間的配位作用構建了穩固的LLZTO@PAN包覆結構。在此基礎上，利用該功能性材料構筑出水基漿料涂覆的表面強極性隔膜。該項工作闡明了固態電解質功能化隔膜與鋰沉積行為之間的構效關系，同時，構筑水基漿料涂覆的功能化隔膜也為實現長壽命、高安全的高比能鋰金屬電池提供了新的發展思路。

 

　　鋰金屬由于具有極高的理論比容量（3860 mAh g-1）和極低的電化學電勢( 3.04V Vs. SHE)，是下一代高比能鋰電池的理想負極材料。然而，高活性鋰金屬所帶來的枝晶生長問題嚴重阻礙了其應用進程。目前亟需開發出一種兼具優化鋰沉積行為和優異加工性能的鋰金屬電池用功能化隔膜。基于上述問題，中國科學院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團隊通過石榴石型固態電解質Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）與聚丙烯腈（PAN）強極性腈基基團（-CN）之間的配位作用構建了穩固的LLZTO@PAN包覆結構。在此基礎上，利用該功能性材料構筑出水基漿料涂覆的表面強極性隔膜。一方面，PAN的空間位阻效應有效改善了LLZTO在水中的分散性；另一方面，LLZTO@PAN賦予隔膜表面強極性和高離子電導率，有效均勻鋰沉積，實現鋰金屬電池在2 C下穩定循環1000次，容量保持81%。

 

　　該成果以“A Strong-surface-polarity Separator Enables Dendrite-free Lithium Metal Anodes via Coordinated Garnet Electrolyte”為題發表在Chemical Engineering Journal （DOI:16/j.cej.2023.147041）上。論文第一作者為上海硅酸鹽所在讀博士生朱雅瓊，通訊作者為張濤研究員和楊亞南博士后。

LLZTO@PAN功能化隔膜抑制鋰枝晶示意圖

LLZTO@PAN表征與水分散性

LLZTO@PAN功能化隔膜物化性能

循環后負極形貌對比及調控鋰沉積示意圖

鋰金屬電池循環性能

 

（圖源： 中國科學院上海硅酸鹽研究所）

 

　　通過合作共建固態電池先進材料聯合創新實驗室，上海洗霸與中國科學院上海硅酸鹽研究所張濤研究員團隊建立了緊密合作。由上海洗霸董事長王煒博士及張濤研究員共同擔任聯合創新實驗室主任，以張濤研究員（英國皇家化學學會會士）及其團隊成員楊亞南（上海市超級博士后）為代表的高級研發人員為公司持續提供原創技術支持。同時，以股權為紐帶，雙方合資成立上海科源固能新能源科技有限公司作為產業化實施主體，由王煒博士任董事長、張濤研究員任董事兼總經理，將加速推進實驗室科研成果的產業化落地。

 

　　張濤研究員曾在業內峰會中表示，“鋰離子電池由液態向固態發展的過程中對隔膜提出了新要求。傳統的PP隔膜、PE隔膜和固態電解質的發展會是相當長時間的并存過程，提升隔膜功能化是目前以及未來較長時間內需要實現的研發目標。”前述固態電解質功能化隔膜研究方面取得的最新進展，為加速推進實現長壽命、高安全的高比能鋰金屬電池提供了新的發展思路。

 

　　據中信證券研究報告，當前固態電池仍處于0-1發展階段，但憑借能量密度更高、安全性更強等多方面優勢，其產業化已是大勢所趨。從產業化進程來看，預計固態電池會從半固態電池開始，在2024年左右有望率先小范圍應用于機器人、軍工航天、高端新能源車型等價格敏感度較低、安全性能要求較高的領域，2027年后有望開始實現大規模商業化應用。固態電池產業化將會持續催化對固態電解質等核心材料的市場需求，也有望帶動硅碳負極等行業發展。上海洗霸將緊跟相關領域市場發展，全速推進產業化工作進程。日前，上海洗霸松江基地建設項目已正式開工，將落實公司水處理領域以及新能源領域關鍵先進材料硬核技術的研發生產工作，以滿足業務規模持續增長對相關產能的需求。