【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在全球能源轉(zhuǎn)型加速推進(jìn)的背景下，全固態(tài)電池因具備高能量密度、長循環(huán)壽命和卓越的安全性能，被廣泛視為下一代能源存儲的核心技術(shù)。在全固態(tài)電池體系中，硅憑借其高理論比容量(4200mAh/g)、豐富的儲量及低成本優(yōu)勢，成為最具應(yīng)用前景的負(fù)極材料之一。然而，硅負(fù)極固有的差離子/電子導(dǎo)電性，且在鋰化/脫鋰過程中產(chǎn)生劇烈的體積變化，容易引發(fā)電極結(jié)構(gòu)崩塌，嚴(yán)重制約了其倍率性能和循環(huán)壽命。
 

　　針對上述關(guān)鍵挑戰(zhàn)，西安交通大學(xué)宋江選教授團(tuán)隊提出了一種具有可逆納米晶相轉(zhuǎn)變特性的低成本、高導(dǎo)電、高穩(wěn)定性ZnSi12P3新型硅基負(fù)極材料。該材料在鋰化過程中經(jīng)電化學(xué)驅(qū)動可原位轉(zhuǎn)化為Li15Si4、LiZn和Li3P納米晶相，脫鋰后可逆轉(zhuǎn)變回原始的ZnSi12P3結(jié)構(gòu)，從而有效緩解體積膨脹帶來的應(yīng)力并保持電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該負(fù)極材料展現(xiàn)出高達(dá)2669 mAh/g的可逆比容量，并在與高鎳三元正極匹配后，于3C高倍率條件下實現(xiàn)了超過3000次穩(wěn)定循環(huán)。相關(guān)研究成果以《硅基負(fù)極中可逆的納米晶相轉(zhuǎn)變促進(jìn)了全固態(tài)電池的穩(wěn)定運行》(Reversible Nano Crystalline-Phase Transformation in Si-based Anode Enables Stable All-Solid-State Batteries)為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊《納米快報》(Nano Letters)。西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生沈雪峰和碩士生王以和為本文共同第一作者。
 

　　功能化粘結(jié)劑的開發(fā)對于上述全固態(tài)電池的開發(fā)也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來，宋江選教授團(tuán)隊圍繞功能聚合物粘結(jié)劑分子設(shè)計開展了系統(tǒng)研究，提出并開發(fā)了離子-電子雙導(dǎo)型、應(yīng)力耗散型等新型粘結(jié)劑體系，近期受邀在國際知名期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上發(fā)表了題為《面向?qū)嶋H應(yīng)用全固態(tài)電池的功能粘合劑現(xiàn)狀》(Toward Practical All-Solid-State Batteries: Current Status of Functional Binders)的綜述文章。該綜述系統(tǒng)總結(jié)了高比能全固態(tài)電池中硅基負(fù)極、復(fù)合正極和固體電解質(zhì)用粘結(jié)劑的設(shè)計原則，并針對各個部分提出了潛在挑戰(zhàn)的解決策略。西安交通大學(xué)材料學(xué)院博士生毛財旺和碩士生董靜靜、李杰為本文共同第一作者。
 

　　上述研究成果以西安交通大學(xué)金屬材料強度全國重點實驗室為第一單位，宋江選教授為論文唯一通訊作者，論文合作成員包括國聯(lián)汽車動力電池研究院有限責(zé)任公司副總經(jīng)理王建濤以及中國第一汽車集團(tuán)有限公司。該研究得到了工信部專項、國家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃的資助，涉及表征及測試工作得到西安交通大學(xué)分析測試共享中心和材料學(xué)院分析測試中心的大力支持。