董杉木：高性能聚合物固态锂电池—关键材料开发与应用

 9月9日，第二届储能电池技术发展方向研讨会在京召开。

本次会议由中国化学与物理电源行业协会储能应用分会与中国科学院电工研究所储能技术研究组联合主办，北京好风光储能技术有限公司、浙江南都电源动力股份有限公司、中天储能科技有限公司、长兴太湖能谷科技有限公司及合肥博澳国兴能源技术有限公司等单位联合支持。


中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员董杉木出席了本次会议，并发表了题为《高性能聚合物固态锂电池—关键材料开发与应用》的报告，以下为演讲全文：

董杉木：非常感谢主持人介绍，很荣幸有这个机会代表崔老师分享一下我们课题组在高性能的聚合物固态电池关键材料开发和应用方面的一些研究进展。我们课题组是一个专注于做电解质的课题组，主要研究方向是聚合物电解质，以及与它相匹配兴锂盐、凝胶化添加剂、以及相应的正负极界面研究。

“十三五”国家战略信息产业发展规划在发展高效储能和分布式能源方向有明确布局，我们要构建能源互联网，百兆瓦级的储能电站以及移动式分布式储能装置都有非常重要的应用。用锂离子电池来代替传统的柴油发电机，在军事演习、医院抢救、通讯、应急的动力牵引等方面有非常丰富的应用场景，有更加灵活便捷的应用。但是安全问题是目前锂电池在储能领域应用中需要重点关注的课题。

锂电池最重要安全隐患来自于电解液，目前选择的液态有机电解液易燃易爆，用固态电解质代替液态电解液， 是目前我们公认的提升锂电池安全性能最为有效的选择。目前固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板，距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的距离。此外固固接触界面的失效行为以及背后的失效机理也亟待阐明。因此，构建高性能固态电池需要从两个方面入手，一方面构建高性能的固态电解质，另一方面提界面的升兼容性和稳定性。

下面我简单汇报一下我们课题组在固态电解质方面的一些工作，我们思路是刚柔并济的设计理念，其中刚指的是刚性的聚合物骨架以及刚性的无机颗粒，柔指的是柔性的聚合物离子传输材料，通过聚合物和聚合物之间，以及聚合物和无机颗粒之间的路易斯酸碱相互作用，可以为锂离子传输创造新的通道，并大幅提升电解质的综合性能。此外我们也开发了一系列与聚合物电解质相互匹配的锂盐，可以提升电解质的离子迁移数，从而改善固态电解质的离子传输性能。

我们设计制备的固态锂电池可以通过五次穿钉测试，不着火不爆炸，同时电压在短时间下降后还可以快速恢复。目前我们设计的固态电池单体能量密度可达291.6Wh/kg,循环850次容量保持率超过85%，该单体电池已经通过第三方权威检测。基于上述单体技术，我们与中科院深海所合作成功在马里亚纳海沟进行固态电池系统“青能-1”全深海电源 (耐受100MPa)应用示范，该技术打破国外全海深电源技术封锁，使我国成为继日本之后第二个掌握全海深锂电源技术的国家。该技术也得到了包括中央电视台的主流媒体的跟踪报道。