【摘要】 “中科固能×科学指南针”联名讲座已于10月份圆满结束。本次科学指南针的联名讲座特邀中科固能董事长、中科院物理所博导吴凡，带来了以《固态电池-关键技术研究进展及表征技术案例》为主题的线上直播。本文带大家回顾了两位老师“全固态电池关键技术研究进展”以及“高端表征技术在电池材料中的技术案例分享”课程的精彩瞬间。

课程回顾：

课程一：全固态电池关键技术研究进展

讲师：中科固能董事长 吴凡

 

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1. 全固态电池背景及世界发展趋势

在本次课程中，吴凡老师首先回顾了电化学储能体系的发展历程。从2006年以前日韩在锂离子电池领域的领先地位，到索尼公司首次将锂离子电池产业化，再到2006年后锂电池在新能源汽车领域的广泛应用，国产化率的提高，以及宁德时代、比亚迪等顶尖公司的涌现，见证了锂电池技术的快速发展。

 

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随着2020年后下一代锂电池技术的出现，包括半固态电池、全固态电池、钠离子电池等，国产化率预计将进一步提高到90%以上。这些新技术将推动电池向更高能量密度、更高安全性的应用场景拓展，如长续航动力电动航空、电动船舶、军用特种装备和储能市场。

 

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2. 固态电池关键固态电解质材料体系选择

详细介绍了固态电池的四大技术路线：聚合物、氧化物、硫化物、卤化物固态电解质材料体系。每种材料体系都有其独特的性能和优缺点。例如，硫化物固态电解质材料具有最高的锂离子电导率，是唯一能超过液态电解液导通锂离子水平的固体材料，非常适合用于全固态电池中的固态电解质层。

 

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3. 固态电池核心技术关键研发进展

吴凡老师的团队聚焦在硫化物固态电解质材料体系以及硫化物全固态电池技术领域。围绕硫化物固态电解质材料的电化学性能、离子电导率、粒径控制、空气稳定性以及与正负极材料的兼容性等方面进行了深入研究。

 

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特别提到了联合李泓老师和肖睿娟老师团队开发的新型“2114”硫化物固态电解质，通过阴阳离子掺杂手段提高了空气稳定性和离子电导率。

 

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在正极研究中，冷冻干燥法制备固态电解质材料应用于钴酸锂活性材料的表面包覆，利用低温液相合成优势，实现原位复合与均匀包覆。优化后发现，10%的包覆量显著提升电化学倍率与循环性能。

SEM与TEM微观表征显示，包覆层均匀且厚度约30纳米。进一步探索表明，该包覆手段使钴酸锂全固态电池倍率性能提升至70C高倍率放电，高电流密度下稳定循环7000圈，高负载性能也得到提升。在高面容量下，实际容量接近理论值，并且高于液态锂离子电池的容量，实现了100次全电池循环。

 

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在负极材料研究中，开发了锂金属负极的表面保护层，使用软碳和氮化锂颗粒通过干法成膜技术，以提高锂离子的均匀沉积和防止锂枝晶生长。这种保护层显著提升了电池的循环稳定性，超过2000小时，并在100C超高倍率放电下展现了优异的倍率性能。在30C放电下，电池可循环6000圈，容量保持98%。此外，电池在7.5mA/cm2的电流密度下能稳定循环3000圈，且在15mAh/cm2的面容量下，比容量达到121mAh/g。

SEM表征和相场模拟证实了保护层的有效性，锂金属沉积均匀，无穿透硫化物层现象。

 

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4. 产业化进展介绍

最后，讨论了全固态电池产业化的进展。介绍了中科固能公司在硫化物固态电解质材料和固态电解质膜的产业化方面的工作，以及在高功率、低温和宽温范围电池以及高能量密度电池方面的最新成果。此外，还提到了公司在产业化方面的布局，包括百吨级材料量产线和百兆瓦时电芯研发线的建设，力争5年内打造成世界超一流全固态电池产业集群。

 

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本次课程围绕硫化物全固态电池的关键基础科学问题、应用化开发难题，以及固态电池相关的技术、材料、市场及产业等多方面问题，进行了深入且专业的讲解。课程重点聚焦于硫化物全固态电池关键技术的研发进展及其所面临的未来挑战。

（后台扣“1”，课程助教发放直播回放视频与讲师PPT）

课程二：高端表征技术在电池材料中的技术案例分享

讲师：科学指南针创新研发中心首席技术专家 余昆朋

余昆朋老师针对固态电池材料，分享了8个表征技术应用案例。

这些案例涵盖了三元正极材料晶界和循环后的缺陷分析、元素分布、FIB+SEM在硅碳负极表面包覆层分析、SEI膜层分析、TOF-SIMS深度剖析功能用于三元正极材料CEI膜层分析、XPS深度剖析功能对膜层价态的分析、电解液成分分析以及杂质元素分析等方面。

 

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1. 电池材料成分分析

课程首先介绍了电池材料成分分析的重要性。探讨了如何利用各种高端表征技术，如ICP、XRD、GC-MS等，对电池材料中的金属元素、非金属元素以及添加剂进行精确的定性和定量分析。强调了在分析过程中需要注意的关键点，包括试剂的选择、器皿的清洗、样品的稀释和前处理方法的验证。

 

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2.电池形貌测试

在形貌测试部分，分享了正负极材料表面形貌和截面形貌的关键表征技术。介绍了扫描电子显微镜（SEM）在观察材料表面形貌中的应用，以及聚焦离子束（FIB）和氩离子切割技术在制备电池材料截面样本中的应用。通过这些技术，可以清晰地观察到材料的微观结构，如晶格、孔洞分布和表面改性层的均匀性。

 

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3.其他电池材料中的表征案例

在最后的案例分享环节，讨论了电解液成分分析、杂质元素分析以及固态电池中SEI膜（固体电解质界面）的表征。展示了如何通过核磁共振（NMR）和离子色谱（IC）等技术对电解液中的溶剂和锂盐进行分析，以及如何通过XPS和TOF-SIMS等技术对SEI膜的成分和深度分布进行表征。

 

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本课程旨在帮助企业深入理解固态电池材料，并分享正负极材料的关键表征技术。

 

新能源电池材料测试

 

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