青岛能源所固态锂电池取得系列阶段性进展
发布时间：2017-08-18 来源： 中国能源报
本文摘要：当前锂离子电池起火爆炸事件时有发生，通过单纯的外部电池管理或物理外围保护并不能很好解决。
当前锂离子电池起火爆炸事件时有发生，通过单纯的外部电池管理或物理外围保护并不能很好解决。
利用固态电解质替代传统液态电解质被认为是从本质上提升锂电池安全性的必由之路。但是，由于固固界面相容性等一系列科学问题亟待解决及固体电解质规模制备技术不成熟，至今尚未有商业化的高能量密度固态锂电池问世。依托中科院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院(下称青岛储能院)在中科院纳米专项的支持下，历经多年摸索与开拓，在高能量密度固态锂电池方面取得了阶段性的进展，在基础研究领域取得系列进展，已经发表SCI论文42篇，在高能量密度、高安全全海深固态锂电池产业化示范方面，攻克全海深长续航动力电源的关键核心技术，已经实现11000米压力舱考验和全海深示范应用，助推国家深海电源迈向新高度。
固态电解质是固态锂离子电池的核心部件，研究与开发综合性能优异的固态电解质体系是系统提升电池性能的核心和瓶颈问题。但无论无机材料还是聚合物材料，仅靠单一材料无法满足大容量电池在离子导电性、机械强度及热稳定等综合性能提升的要求。为了解决这一难题，青岛储能院提出“刚柔并济”固态聚合物电解质的设计理念，发挥不同材料的优势，创新地复合“刚性”多孔骨架材料和“柔性”聚合物离子传输材料。通过刚柔材料的优势互补，结合路易斯酸碱相互作用增加嵌段运动且提升界面离子传输的特点，制备出多款综合性能优异的“刚柔并济”固态聚合物电解质，进而满足了长续航、高安全固态锂电池的苛刻要求。
在固态电池实际应用中，挤压、穿刺等现象不可避免。如何应对随之带来的固固界面失效问题非常必要。青岛储能院巧妙利用热可逆聚合物的温度响应凝胶化过程，构筑了具有“冷却恢复”功能的固态电池体系。在受到强烈挤压或折叠后，电解质与电极的接触虽然被破坏，电池性能骤降，但可通过简单的低温冷却步骤重塑有效的固固界面，实现电池性能的高效恢复。在固态锂电池大容量器件集成和中试方面，青岛储能院已经突破高能量密度固态锂电池的技术瓶颈：成功开发出大容量固态锂电池；国家化学电源检测中心第三方检测能量密度达到300Wh/kg，循环寿命超过500次；而且他们进一步发展聚合物受热流动会切断短路点保障安全性能，多次穿钉实验表明电池安全性极佳且具有自修复特性。
今年3月，青岛储能院开发的“青能-Ⅰ”固态电池随中科院深渊科考队远赴马里亚纳海沟，为“万泉”号着陆器控制系统及CCD传感器提供能源，顺利完成万米全深海示范应用，标志着中科院突破全海深电源技术瓶颈，掌握全海深电源系统的核心技术，这项技术将会为发展“蛟龙号”为代表的深海潜器的高性能长续航电源系统提供技术支撑。
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