近日，由中国石油大学(华东)与上海空间电源研究所联合完成的高比能、高安全性锂二次电池材料开发与应用项目，凭借在锂二次电池材料领域的多项突破性成果，获得山东省科学技术奖技术发明一等奖。
近年来，新能源汽车、航空航天等领域快速发展，对锂二次电池的比能量和安全性提出了更高要求。我国新能源战略规划及航空航天重大工程明确提出，未来电池比能量需提升至500瓦时/千克以上，但当前传统锂离子电池依赖高镍三元正极、硅碳负极和有机电解液的组合，比能量已接近350瓦时/千克的理论极限，且存在严重安全隐患。
采用固态电解质替代有机电解液的固态电池，被视为解决上述问题的关键方法，但固态电池面临内阻大、固/固界面不稳定等瓶颈。为此，项目团队围绕固态电解质的离子传输能力和界面稳定性展开攻关，通过材料结构设计与工艺创新，形成了一系列原创性技术成果。
一是优化离子传输通道提升电解质性能。团队发明了局域亚稳态可控构筑技术，通过杂环聚合物“锚定”构筑亚稳态结构，优化离子极化环境，降低离子传输能垒；同时发展“动态限域扩散”方法，通过动态高压固相制备技术扩大离子通道，消除结构缺陷导致的通道堵塞。由此开发的氧化物固态电解质，离子电导率达3.6毫西门子/厘米，电化学窗口大于6.0伏，为高比能电池提供了高性能电解质材料。
二是稳定固/固界面保障电池循环性能。针对金属锂负极与固态电解质界面不稳定的问题，团队开发了共轭骨架电解质新体系，其“给—受”结构可高效解离锂盐，显著降低界面极化，使固态电池锂离子转移数达0.839，对锂稳定性超10500小时。同时，团队采用聚合物辅助表面无定形化技术消除晶面错位，降低界面阻抗，使复合材料离子输运性提升138%。
三是创新制造技术实现高均一度全固态电池量产。团队发明了电极片梯级界面逐层构筑技术，通过流延成型结合物理沉积，实现阶梯式电极结构可控构筑，平衡了电池高功率特性与循环稳定性。他们开发的国内首套高致密、高均一薄膜固态锂电池制备技术，将固态电解质界面阻抗降低90%，制备的固态电池体积能量密度达1070瓦时/升，接近商业锂电池的2倍。
截至目前，该项目已授权发明专利30项，发表SCI论文134篇。项目组成员获国家“杰出青年”基金、“万人计划”科技创新领军人才等多项荣誉。
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