青島能源所在低成本高安全鈉離子電池領域取得系列進展

　　中國科學院青島能源所崔光磊研究員帶領的固態能源系統技術中心從2011年開始布局鈉離子電池，結合國家重大戰略需求和基礎科學問題為一體，立足前沿，獨辟蹊徑，開發了多項鈉離子電池關鍵材料和電解質關鍵技術，近年來取得了一系列重要成果，為鈉離子電池產業化發展奠定了研究基礎。2015年，該技術中心通過激光打孔聚酰亞胺石墨膜，開發了多孔石墨集流體及相應預鈉化技術，顯著降低了成本，提高鈉離子電池的能量密度（Electrochemistry Communications 2015, 61, 84–88; Journal of Power Sources, 2015, 297, 457-463; ZL201510242864.9）。2016年，通過原位固態化技術開發出高離子電導率的聚丙烯酸酯基聚合物電解質并進行專利保護（ZL201610150608.1；ZL201611224300.3），改善了固態電解質與電極材料間的界面離子傳輸性能，實現了鈉電池倍率性能的大幅提升。2019年，構筑了甲基乙烯基醚-馬來酸酐共聚物固態聚合物鈉電池，組裝的軟包鈉電池在彎折或者切角苛刻條件下仍能安全工作，不發生漏液或起火危險（Nano Res. 2019, 12, 2230-2237；ZL201911259343.9；ZL201911357076.9）。2022年，為進一步提升電解質的安全性，該技術中心又設計開發了兼顧高電壓穩定性的磷酸酯阻燃新配方（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 15, 17444–17453）和本征安全、綠色環保和成本低廉的水系電解質（ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 29, 33041–33051；ZL202011071670.4；ZL202111281780.8）。

　　近期，固態能源系統技術中心在低成本鈉離子電池領域再獲重要進展，研究成果相繼發表在國際權威期刊《Angew. Chem. Int. Ed.》、《Adv. Energy Mater.》和《Energy Storage Mater.》上（圖1）。針對傳統水系電解質中的自由水分子導致析氫、電極金屬離子溶出等問題，研究團隊通過甲基化調節氫鍵作用獲得了鈉離子電池超高濃聚合物電解質新體系，鈉電池的循環穩定性實現突破性提高（Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311589）。同時，研究團隊發現鈉金屬負極SEI中NaH是影響電池性能的主要因素，是導致鈉電池失效的一種重要機制，NaH是由電池循環中產生的氫氣和已沉積的金屬鈉自發反應生成的（Energy Storage Mater. 2023, 61, 102891）。研究團隊針對當前鈉離子電池電解質領域，進一步總結了當前鈉離子電池電解質中的基礎原理和研究進展，并對電解質未來發展方向進行了展望（Adv. Energy Mater. 2023, 2301758）。

圖1 固態能源系統技術中心鈉離子電池基礎研究進展。

　　基于上述研究基礎和技術積累，經過十余年的努力，崔光磊研究員帶領的固態能源系統技術中心成功研制出低成本、高安全、高性能的固態鈉離子電池。目前研發的固態鈉離子電池電芯能量密度超140 Wh/kg，電池模組比能量密度超110 Wh/kg；具有超高安全性，可以通過針刺測試，不冒煙、不燃燒、不爆炸，已實現在二輪電動車的示范應用（圖2）。未來，該團隊將按照不同應用場景，重點瞄準低速電動車、新能源汽車48 V電源系統、家庭儲能等領域，持續開發滿足市場系列鈉離子電池關鍵材料和核心技術。 

圖2 青島能源所固態鈉離子電池應用示范。

　　原文鏈接：

　　1、 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202311589

　　2、 https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.102891

　　3、 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202301758