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电池网总编室

2020年3月17日

【技术】上海硅酸盐所开发出新型纳米复合结构氟基固态电解质

二次电池是现代和未来大规模智能电网、电动汽车和军用电源不可或缺的储能元件，当前的锂离子电池面临着能量密度无法满足电化学储能需求，以及有机电解液可燃和泄漏致使存在安全隐患等诸多问题。锂金属电池具有更高的能量密度，但面临着锂负极枝晶生长等问题。固态锂金属电池由于能量密度和安全性的双重潜在优势，是下一代电化学储能体系的研究热点。作为关键组分的固态电解质的性能优劣很大程度上决定了固态电池能否成功运行。传统的氧化物和硫化物固态电解质面临着晶界电阻大、界面易钝化、空气中不稳定以及电化学窗口窄等问题，因此开发新型固态电解质的结构原型作为当前电解质体系的候选甚至替代者，具有迫切而重要的意义。

氟系固态电解质具有电化学窗口宽（理论预测）、空气稳定性好、阻燃性好、锂枝晶抑制潜力佳、机械加工性能好等优势，然而却面临着室温电导率偏低（室温下为10-6-10-7 S/cm）、成熟的合成方案缺乏等问题。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟带领的研究团队在氟基固态电解质方面取得进展，开发出一种纳米复合结构的开框架富锂相氟基固态电解质Li3GaF6，并实现了对固态电池的成功驱动，相关成果发表在国际能源/材料类期刊Energy Storage Mater., 2020, 28, 37-46.上。

该团队之前分析总结了卤化策略在固态电池和锂金属电池研究中的独特优势（Energy Storage Mater.,14,100-117,2018），针对SEI层中LiF体相导电率低的问题，他们从离子液体中合成富锂相的冰晶石衍生物Li3AlF6（室温电导率高达~10-5 S/cm）作为固态电解质添加剂，成功改善了SEI层的组分，抑制了锂枝晶生长（ACS Appl. Mater. Interfaces,10,34322-34331,2018）。在此基础上，团队继续采用低温离子液体氟化的低能耗合成策略，成功制备了纳米复合结构的富锂氟化物固态电解质Li3GaF6，其特征表现为结构内部具有开放性的离子通道，而且晶粒边界具有离子液体修饰。在电解质片中，离子液体被固化成纳米絮状物，并作为原位粘合剂粘合周围的纳米粒子和整个电解质薄片，阻止电解质片在电化学循环过程中的粉化和碎裂（特别在和电极的接触界面处）。得益于界面处离子输运的增强，优化的Li3GaF6实现了氟系固体电解质的离子电导率的最高记录（室温下接近10-4 S/cm）。固态Li/Li3GaF6/LiFePO4电池在1 C高倍率下可成功运行至少150次循环。这项研究为氟化固态电解质的结构解析、纳米调控以及界面改性等方面提供了重要的科学素材，为固态电池的激活提供了新的思路。（来源：中科院网站）

【行业】六氟磷酸锂占成本比重较高 直接影响电解液价格

电解液一般是由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和必要的添加剂等主要材料在一定的条件下，按照某一特定的比例配置而成。电解质是最核心的组成部分，约占电解液原材料成本的60%，有机溶剂约占30%，添加剂约占10%。因为六氟磷酸锂（LiPF6）在电解液总成本中占比较高，因此电解液价格主要受六氟磷酸锂（LiPF6）价格影响，历史上电解液价格走势和六氟磷酸锂（LiPF6）价格走势基本同步。

国内六氟磷酸锂产业化始于2008年，随着技术成熟与进步以及下游电解液需求急剧扩张，行业产能规模极具扩张，2016年六氟磷酸锂价格达到阶段峰值，新进入企业的数量也达到高峰期。2019年全球六氟磷酸锂产能超过7万吨，市场呈现供过于求的格局，但产能扩张并未停止，依然有多家企业积极进入该领域，行业竞争将会愈发激烈。（来源：未来智库）

【技术】科学家研发的半固态“杯子蛋糕”电解质使锂硫电池保持稳定运行

据外媒报道，当今的锂电池由阴极，阳极和液体电解质组成，该液体电解质在充电和放电时在锂离子之间来回传递。最近，科学家一直在研究电解质的更多固态形式可能带来什么，特别是在安全性方面。新加坡的科学家们现在正在报告一种新型的半固态电解质，这种电解质可以提高锂硫电池的安全性，锂硫电池在储能方面具有巨大的尚未开发的潜力。

科学家们正在研究可以克服这一问题的新型电池架构，最近又出现了一些有希望的突破。这些是通过重新构想的电池组件实现的，这些组件包括混合阴极，完全固态的电解质和新的桥接键，这些键为硫颗粒提供了“呼吸的空间”。现在，新加坡A * STAR纳米生物实验室的科学家基于他们所说的混合准固体电解质提出了另一种解决方案。这种新型电解质是使用“杯子蛋糕法”创建的，其中将金属前体和蔗糖溶解在水中，然后将其加热以呈现棕色“杯子蛋糕”形状。

然后加热该“杯子蛋糕”将导致形成液体注入的多孔膜，该膜由高导电性和化学稳定性的片材组成。使用这种半固态的3D薄板堆叠作为电解质，可以与阴极和阳极良好接触，但可以使其在充电过程中保持稳定。

负责研究团队的Jackie Y. Ying教授说：“同时包含液体和固体成分的混合准固体电解质已成为切实可行的折衷方案，以在保持良好性能的同时获得更安全的电池。”但是，固体的高电阻到目前为止，组件已经限制了这种电池的性能。为了克服这个问题，我们重新设计了固体成分的微观结构。我们的解决方案消除了电解质泄漏，并且在热和机械方面均稳定。”（来源：cnBeta）

【智库圈点】电解液领域技术研发热度持续

近期，电解液市场价格走势萎靡，但价格战驱动力已大幅弱化，电解液领域的消息以来自技术领域的研发进展及企业间的合作居多。目前，动力电池技术路线还存在较大变数，电解液配方的研发也将会更加复杂，电解液厂自己研发配方，可获得更高溢价，从而提升利润。　　　　

此外，新宙邦、天赐材料、江苏国泰等电解液生产商还在积极推进海外产能的落地及客户的开拓。