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》為大家帶來電子科技大學張曉琨副研究員的專訪。
粉體網：張老師，您能不能給大家介紹一下凝膠電解質的特點以及它的優勢？
張曉琨副研究員：我們這里講的凝膠電解質，是一種由聚合物骨架、鋰鹽和少量溶劑組成，經過固化過程形成的一種準固態電解質。作為一種應用于鋰電池的關鍵材料，其優勢特點還是應當從鋰電池技術的發展需求來看。能量密度、功率密度、循環壽命、安全性和成本都是鋰電池技術或者產品的關鍵指標，其中，能量密度和安全性是面向電動化交通等新興應用場景和市場的核心需求。鋰金屬負極的實用化，是提升鋰電池能量密度的一個重要的努力方向。但是鋰金屬負極的安全性問題很難解決，因此使用固體電解質替代電解液的固態鋰金屬電池技術是目前基礎研究和產業關注的一個熱點。相對于陶瓷固體電解質，凝膠電解更容易解決界面浸潤和傳導等問題。另一個方面，相對于液體電解質，凝膠電解質中的電解液受到限域作用，與高活性鋰金屬負極的界面副反應會得到有效控制，且能夠在一定程度上抑制鋰枝晶的生長。因此，從某種程度上說，凝膠電解質的優勢在于它集成了固體電解質和電解液的優點，又規避了一些它們的困難，具有離子電導率高、界面特性好、工藝兼容性好等特點。
粉體網：張老師，目前凝膠電解質研究的熱點有哪些？
張曉琨副研究員：針對電解質材料，通過探索新的離子傳導動力學的增強機制，或者新型材料體系，提升其離子電導率，是一個需要持續努力的維度。凝膠電解質也不例外。電解質離子電導率的提升，對于提高電池的能量密度、功率密度和循環壽命都大有裨益。瞄準提高鋰電池安全性目標，開發具有阻燃功能的凝膠電解質，也是一個值得研究的方向，畢竟凝膠電解質中還是存在一定的液態成分。當然了，通過材料優化設計和改性，提高凝膠電解質的熱穩定性和化學穩定性，也是很有價值的。
此外，隨著折疊屏電子設備等柔性電子技術的快速發展，對可以折疊或者卷曲的柔性電池技術提出了迫切需求。在凝膠電解質中構建具備彈性的骨架結構，開發可拉伸的凝膠電解質，對于未來可穿戴柔性電池技術的發展，可能是一個重要的支撐，非常有前景。
粉體網：張老師，凝膠電解質穩定性差，這個問題您怎么看？
張曉琨副研究員：這個問題要分兩個層次來看。首先，凝膠電解質各方面的穩定性，相對目前的電解液來說，是較強的。和聚合物固體電解質大致相當。例如，由于能量密度、功率特性以及電源系統安全可靠性等方面的考慮，目前鋰電池的電芯越做做大。但是大容量、大體積的鋰電池電芯長期靜置使用，其中的電解液可能沉降，電解液分布不均勻會導致電池性能衰減。凝膠電解質中的液相成分被限域在微納結構中，在結構上比較穩定，應用于大容量、大體積的鋰電池中，長期也不會發生電解液沉降導致的電解液分布不均勻問題。
當然，它的穩定性的確可以進一步提升。它的力學特性、熱穩定性都可以通過優化其中的聚合物骨架結構成分來改善。電化學和化學穩定性，也可以通過體系成分設計以及功能添加劑來改善。
另外，就如會議中很多專家講的，有時候電解質的熱失效，對電池安全風險和事故災害的防控來說，是一件有益的事情。因此，我們可能還需有意地設計一些熱關斷機制。
粉體網：張老師，您能否給大家簡要介紹一下凝膠原位固化工藝？
張曉琨副研究員：凝膠原位固化工藝是凝膠電解質技術及其鋰電池應用的關鍵，是解決工藝一致性和界面兼容性等問題的有效途徑。簡單地說，就是在完成鋰電池電芯組裝后，通過溫度等外場作用，或者電池化成過程中的熱力學和電化學環境，誘導凝膠電解質中的液相成分發生反應，在電極表面原位形成穩定性較高的固態離子導體，從而提供高穩定、低阻抗的電極-電解質界面。這個過程比較復雜，要實現精確可控的原位固化反應和工藝，需要精巧的電解質成分設計和新型添加劑的成功開發。
粉體網：張老師，凝膠電解質的發展趨勢如何？您怎么看待它的前景？
張曉琨副研究員：凝膠電解質技術的發展趨勢，剛才討論它的研究熱點時，其實已經討論了一些。凝膠電解質作為一種復合材料體系，我認為它的設計靈活性和調控空間非常大，通過其中聚合物骨架材料和結構、鋰鹽及其溶劑和各類添加劑的優化和開發，以及原位固化工藝的發展，能夠同時實現高離子電導率、力學強度、寬電壓窗口以及阻燃等功能，并解決電池產線工藝兼容性和適用性問題。這里面還需要做大量的研究工作。
從我個人的角度來看，目前，基于電解液的鋰電池技術，已經很難滿足未來各類應用對于電池能量密度和安全性的要求。基于陶瓷固體電解質、聚合物固體電解質等的全固態電池，雖然在大家努力之下取得了長足的進展，我本人也做一些這方面的研究。但是，還有一系列基礎問題沒有真正解決，瞄準產業規模應用的關鍵技術難題就更多了。凝膠電解質作為一種復合體系，能夠通過其中各種組分和微納復合結構設計，實現離子傳導性、穩定性和力學特性等性能的解耦調控和協同優化。面向未來高能高安全大容量鋰電池技術的發展需求，凝膠電解質的前景還是非常廣闊的。
（中國粉體網編輯整理/文正）
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