在锂正极现在存在的最大困难是锂枝晶问题,这一问题已困挠了电池界60多年。
为解决这个问题我们采取了四种方法来实验。
一是采用适量热压的方式,使界面结合更加紧密,从工艺层面改进,以减小固体间的间隙。
二是材料层面改进,选择电极和电解质相容较好的材料来降低界面电阻。
三是增加电极和电解质的接触面,在正极和负极上设置若干凹槽,以增大活性物质与固态电解质的接触面积,从而增大锂离子脱嵌速率。
四是采用石墨烯构造高度多孔,海绵状的碳电极,破坏和阻止理枝晶的生长。
根据研究资料指明的方向,经过反复实验,我们找到了一种适应、经济的方法,解决了这个问题。
可以做到在充放电3000次以内不造成电池容量的大变化。
这得益于我们加工工艺,因为采用高精密仪器,使界面结合更加紧密,固体间隙达到一微米以下,材料面层加工精度达到0.01微米。
不需要采用正负极若干凹槽增大接触面的方法,就可保证锂离子的脱嵌速率,再加上石墨烯构造的高度多孔海绵状的碳电极。
三种方法想结合,使我们完成了锂硫固体电池质量的跨越。
另外锂空电池的正极材料基本也是采用这种技术,我就不再深入介绍了!”
接着由负责电解液组的崔磊组长汇报:“液体电解液我们也做了许多实验,主要是为了让其为固态电解液服务的。
这里主要讲固态电解质的研制工作。
固态电池是近几年才回归的,这其中有四个原因。
一是固体电解质可燃性差,安全;
二是没有液体电解质,电压平台可以做高,有利于提升电池质量比能量。
三是固态电解质硬度较大,锂枝晶相对更难刺透电解质,可以在一定程度上抑制锂枝晶的生长。
四是金属锂电池的比能量要明显高于锂离子电池,毕竟锂离子电池是退而求其次的产物。
常见的聚合物有聚环氧乙烷,聚环氧丙烷、聚丙烯晴(PAN),我们都通过实验进行了验证。
发现它们的室温导电率都比较低,经过创新,现在我们生产出了在室温下达到10的负2次方至10负3次方西门子/厘米,完全满足我们研发的固态电池的使用。