圖1 多功能固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)對高能金屬基電池復(fù)雜性帶來的挑戰(zhàn)
圖2 研究組在硫化物固體電解質(zhì)和全固態(tài)電池方面取得的相關(guān)成果
全固態(tài)（硫化物）電池作為推動社會和人類進(jìn)步的一項(xiàng)前沿科技，被日本科學(xué)界列入能夠與5G、人工智能齊頭并進(jìn)的研究行列。它憑借其高安全性、高能量密度、耐高溫、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)性地解決了傳統(tǒng)有機(jī)電解液電池存在的壽命短、易燃、易爆等一系列問題，成為造福人類的一項(xiàng)顛覆性的突破技術(shù)。在新能源汽車急需提升續(xù)航里程的市場需求下，眾多車企紛紛投入全固態(tài)電池研發(fā)戰(zhàn)場。日本豐田是全固態(tài)（硫化物）電池開發(fā)的龍頭企業(yè)，已完成中試階段的電池樣品。三星、寶馬、大眾等企業(yè)也在固態(tài)電池的布局上表達(dá)了積極的態(tài)度。目前，全固態(tài)電池在全球范圍內(nèi)都處于研發(fā)至中試的技術(shù)階段。
含鍺（Ge）硫化物固體電解質(zhì)（2011年由日本東京工業(yè)大學(xué)教授菅野了次發(fā)明）由于其獨(dú)特的三維網(wǎng)狀晶體結(jié)構(gòu)，鋰離子可以沿C軸一維傳導(dǎo)，從而獲得高達(dá)10-2 S cm-1的離子電導(dǎo)率，已經(jīng)可以媲美甚至超過液體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。由中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛帶領(lǐng)的先進(jìn)儲能材料與技術(shù)研究組長期致力于硫化物固體電解質(zhì)及全固態(tài)電池的相關(guān)研究。近期成功開發(fā)出多體系硫化物固體電解質(zhì)和高性能固態(tài)電池，固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率達(dá)到10-2~10-4 S cm-1；鍺系和鹵族元素系固體電解質(zhì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中試批量生產(chǎn)；固態(tài)電池常溫1000圈0.5C容量保持70.05%，5C充電容量保持率達(dá)79.28%，具有優(yōu)異的循環(huán)和倍率性能。研究組針對電極與固體電解質(zhì)間的界面問題進(jìn)行了詳細(xì)研究，為固態(tài)電池的放大生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。下一步研究組計劃逐步實(shí)現(xiàn)軟包電池大規(guī)模制備。
2019年研究組與濰柴動力股份有限公司簽訂合作意向，協(xié)力推進(jìn)硫化物固態(tài)電池在新能源汽車上的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并獲批2019年山東省重大國際合作項(xiàng)目，與日本的技術(shù)合作將進(jìn)一步推進(jìn)全固態(tài)電池關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)開發(fā)和商業(yè)化應(yīng)用。
上述研究獲得兩所融合項(xiàng)目等的支持。
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