中國粉體網訊 近日，中國工程院戰略咨詢中心、科睿唯安（Clarivate Analytics）以及高等教育出版社在中國工程院聯合發布《全球工程前沿2019》報告（以下簡稱“報告”）。 報告遴選出年度全球工程研究前沿93項和工程開發前沿94項，并對其中關鍵的28項研究前沿和28項開發前沿進行了詳細剖析。高能固態鋰電池入選機械與運載工程領域Top 10工程研究前沿。
目前廣泛應用的液態鋰電池在能量密度、安全性等關鍵指標已接近極限，進一步通過材料或工藝改良很難在關鍵性能上獲得大幅度的提升，為了滿足未來發展需要，必須發展新型儲能器件。固態電池因采用固態電解質替代傳統有機電液態解質，有效避免分子副反應的同時匹配高電壓正極，且能選用更緊湊的結構模式，在安全性和能量密度等方面具有較高的潛在優勢，被認為是最具有顛覆性影響的下一代化學電源。
報告指出固態電池前沿技術主要涉及到表/界面傳質、匹配性關鍵材料、低界面阻抗制備技術、全壽命周期性能演化機理等前沿科學問題。表/界面傳質與界面阻抗是影響固態電池技術的關鍵，未來主要是針對界面阻抗問題開發原位分析與表征技術；高比能匹配性關鍵材料包括高容量/高電壓正極材料、高性能固態電解質以及高容量金屬鋰負極，是現階段需要重點關注的領域；設計與材料匹配性的微界面、低阻抗制備工藝是解決量產化的關鍵；全壽命周期內電池性能衰減機理、材料體系演化途徑等是固態電池健康狀態評估與預測的關鍵。進一步開發基于長壽命固態電解質的固態金屬–空氣電池將會是電化學電源器件研究的終極目標，其理論容量接近燃油比能密度，因而將會是未來研究的重點和發展趨勢。
要實現固態電池產業化還面臨幾個主要挑戰：
1.首先是高性能固態電解質，要滿足倍率條件下的高離子傳導率，也要滿足制備工藝中的溫和工藝條件以避免對微結構的破壞；基于人工智能材料基因組與機器學習的前沿技術為高性能固態電解質材料的設計、開發提供了高效途徑，從而摒棄傳統試錯模式下的材料開發，將會極大地促進固態電池的產業化發展。
2.與材料匹配的制備技術也是關鍵，以表/界面傳質與界面阻抗為核心的關鍵工藝與裝備，材料體系、結構工藝的改變必定需要系統性的改變來匹配制造工藝，一體化、卷對卷制備工藝是現階段重點關注的工程技術方向。
3.全壽命周期性能演化規律及其機理尚不明確，實況下全壽命周期的監測耗時太長（>10年），給演化機理的研究帶來巨大挑戰；具有大數據分析和深度學習能力的人工技術的應用將會解決全壽命周期內的電池性能衰減機理、材料體系演化途徑。
參考資料：《全球工程前沿2019》
信息來源：中國工程院官網
（中國粉體網編輯整理/江岸）
