简述关于全固态锂电池的界面调控研究

电动车和手机的下一代锂电池将会选择能量密度更高和安全性更好的全固态锂离子电池。我们国家为了加速新材料和全固态锂离子电池研发，“十三五”期间首次设立了“材料基因组技术”国家重点研发计划，并且希望通过材料基因组的高通量计算、合成、检测及数据库（大数据的机器学习和智能分析）的新理念和新技术加速全固态锂离子电池的研发，设立了“基于材料基因组技术的全固态电池研发”国家重点专项，该重点专项由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授作为首席科学家，牵头组织11家单位共同承担。该项目研发重要的部分包括新型固态电解质及固态电池材料各界面调控的研发。固态电解质主要分为无机固态电解质、固态聚合物电解质以及复合固态电解质。传统的固态聚合物电解质接近常温电导率低、电位窗口窄，无机固态电解质则是柔性差、具有较大的界面阻抗。作为二者的结合，复合固态电解质不仅具有柔性，并且在相对低温下具有良好的电导率，具有广阔的研究前景。

BPEG对锂的沉积/脱出的影响示意图

潘锋教授课题组最近在复合固态电解质及界面调控方面的研究取得重要进展。通过将无机的固态电解质（Li.3Al0.3Ti1.7（PO4）3）、有机的聚氧乙烯（PEO）和硼化聚乙二醇（BPEG）以7:1.5:1.5的比例混合，制备得到了无机有机复合固态电解质（CSE-B-71515）。三个组分在其中各司其职，无机固态电解质提供了锂离子的通道，还能使得复合固态电解质具有较高的机械强度；有机大分子PEO不但能够传导锂离子，还起到了粘合陶瓷颗粒的作用；而有机小分子BPEG首先使PEO的结晶度降低，其次将固-固界面之间的硬接触变为了软接触，从而能够使得锂在金属锂上的沉积和脱出更加均匀。通过具有以上特性，该电解质能够很好地在物理上和化学上阻挡锂枝晶的产生。此外，60摄氏度下将固态电池的磷酸铁锂与金属锂分别作为正负极对该复合固态电解质进行电化学测试，0.1C的倍率下取得了158mAhg-1的比容量，2C的倍率下取得了94mAhg-1的比容量。该研究对于固态电解质的研究具有重要的指导价值。

锂离子在聚合物固态电解质以及复合固态电解质的传输路径示意图

该研究成果发表在最近的国际材料与能源的顶级期刊AdvancedEnergyMaterials（Adv.Energy.Mat.,2017，1701437，DOI：10.1002/aenm.201701437，影响因子为16.7）上，该工作由潘锋教授指导，由博士后杨卢奕作为第一作者及团队的合作下完成。该项工作得到国家材料基因重点专项和广东省创新团队的支持。