中國粉體網訊 固態電池是目前公認最具前景的新一代動力電池，目前固態電池技術處于什么階段？商用市場已達到怎樣的規模？產業鏈又涉及到哪些領域？這些問題受到業內人士普遍關注。2023年2月21-22日，由中國粉體網主辦的第四屆高比能固態電池關鍵材料技術大會在江蘇常州隆重召開，會議期間，我們邀請到了業內專家、學者，優秀企業家代表做客《對話》欄目，進行訪談交流。本期《對話》為大家帶來浙江工業大學劉育京教授的專訪。
粉體網：劉教授，固態電解質是固態電池發展的核心，目前研究較多的固態電解質有哪些？
劉育京教授：固態電解質從組成上來看，有機固態電解質是一類，以PEO、PAN等為代表。另一類就是無機固態電解質，比如氧化物固態電解質、硫化物固態電解質、鹵化物固態電解質等等，這些都是比較有代表性的固態電解質。
粉體網：劉教授，在您看來，聚合物固態電解質亟待解決的重大難題是什么？
劉育京教授：在我看來，以前很多研究集中在對本體固態電解質的改性方面，除此之外，還要注意固態電解質的界面，它比較特殊，與傳統的液體電池界面相比有差異。液體電池的界面是固液界面，對于固液界面，我經常用一個例子加以說明，如果用一個碗去盛一碗水和盛一碗飯，盛水和盛飯的界面是不一樣的。所以，對于固態電池而言，固液界面變成了固固界面。這種變化會導致界面接觸效果變差，可能會出現界面點接觸的問題，接觸的有效性和平整性會大幅降低。因此，固態電池界面存在離子輸運、傳質效果的問題，而且隨著電池在循環過程中不斷發生界面副反應，電池的整體性能會下降。所以，我覺得固態電池的界面問題是關鍵問題之一。
粉體網：劉教授，您能不能給大家簡單介紹一下聚合物基固態電池中功能復合界面的微觀構效關系及作用機制？
劉育京教授：這個問題我研究了很長時間，但一兩句話也很難把它解釋清楚，特別是鋰二次電池的界面，它比較特別。首先，它是一個有機-無機復合結構。另外，它需要在特殊的電化學狀態下才能生成，這在常規的液相反應當中是很難看到的，而且這一層界面非常薄。所以，以上幾種特點決定了它結構的特殊性。上世紀70年代，這種結構被提出，該結構后來也被認為是鋰二次電池穩定工作的基礎，也得到了諾獎獲得者Goodenough和Whittingham的認可。
根據我們的研究，在有機-無機復合結構中，有機與無機成分可能各自承擔著其對結構的作用，比如有機成分的作用體現在力學韌性、可加工性或延展性方面，而無機成分可能更多的提供剛性或強度，這兩者可能都會對傳質產生影響，比如對電化學穩定性，對熱力學穩定性，對電化學循環當中的穩定性等方面的影響，這些問題也很難概括的去說明。
未來對于復合結構而言，在兩相共存的結構當中，特別是在界面上，或者說同一個無機相、同一個有機相不同材料之間的界面上，或者晶界上，我覺得都有可能發生很多新故事。這些也是我們目前還沒搞清楚的問題。就像我在會議報告中提到的，它們可能在宏觀上看是機械性能的提高，或者說它們也會提供很多輸運的性能，但是具體它們各自承擔怎樣的角色，或者它們之間有沒有協同作用，甚至是拮抗作用，這可能都需要在后續的研究中去闡明。根據我們前期研究成果，我比較堅信的是，復合結構絕對不是一個單純的復合材料，它一定有功能在里面，我把它稱為功能復合，這可能就是它的一個機制。
粉體網：劉教授，您如何看待高分子功能復合結構對界面的穩定機制？
劉育京教授：穩定性問題是電池領域一個老生常談的話題，穩定有多個方面，比如熱力學的穩定、力學的穩定，電化學的穩定以及不同材料之間的穩定性等，穩定包含的東西比較多。不過，從比較簡單的角度來看，這種以高分子機體為機制的功能復合界面，它首先起到的是保護作用。這種保護作用可能更多地是從力學上、從界面的分隔效果上來說的，分隔會減少兩相的副反應。另外，我覺得對于電池體系而言，傳質很重要。離子的傳質，包括一定特殊環境下電子的傳質，都與電池性能息息相關。所以，我們現在所說的穩定性，可能還要考慮性能的衰減問題，在長效循環過程中，這一層界面有利于提升輸運效果，從而提高電池的整體循環壽命，提高電池的循環穩定性。總之，這種結構有兩個方面的作用，一方面是隔絕作用，起到保護效果。另外更深層次的作用可能是對傳質的影響。
（中國粉體網編輯整理/文正）
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