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    標題 電子科大高材生突破固態電池：能密 5 倍于刀片電池、3 分鐘充滿
    分類 熱點事件
    內容

    哈佛大學的一名中國教授開發了一種新的固態電池，其成果已發表在《自然》雜志——上。

    充放電循環次數可達10000次，最快3分鐘即可充滿。

    相比較而言，目前固態電池的最佳循環次數為2000~3000次。

    主要原因是他們設計了‘三明治’電池結構，即使在20mA/cm？在這樣的超高電流密度下，不會出現鋰枝晶穿透。

    就在最近，這位教授創辦的初創公司獲得了哈佛大學的獨家許可，已經融資515萬美元(約合3570萬人民幣)。

    該實驗室的最新成果正朝著商業化邁進.

    支持10000次充放電循環？

    研究成果發表在《自然》雜志上。

    6330f43262276895da000002_10243957.jpg這款新型固態電池，充電率20C (8.6mA/cm？)充放電10000次循環后，電池容量保持82%。

    在1.5C充電速率下(0.64mA/cm？)經過2000次充放電循環后，電池容量保持在81.3%。

    6330f43262276895da000003_10243957.jpg可在微米級正極材料中同時實現110.6kW/kg的功率密度和631.1Wh/kg的能量密度。

    根據最新報道，這種固態電池只需3分鐘即可充滿電。當時本文給出的結果是10~20分鐘內可以完成充電。

    電池的循環性能之所以能大幅提升，主要得益于電池結構創新——。他們設計了一種類似三明治的對稱結構。

    從左至右依次是：

    金屬陽極石墨 LPSCI LGPS LPSCI 石墨 NMC811陰極

    即以金屬鋰作為固態電池的陽極，以單晶LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)作為陰極。

    石墨在鋰金屬陽極和第一層固體電解質之間，主要用于隔熱。

    值得一提的是，如果沒有石墨或銦等保護層，電池(金屬鋰作為陽極，LGPS作為電解液)只要電壓一升高，就很容易在短時間內失效。

    6330f43262276895da000004_10243957.jpg如圖所示，三層固體電解質厚度相同。

    夾在兩側的第一層固體電解質是Li5.5PS4.5Cl1.5(LPSCI)，特點是對鋰金屬性能穩定，但容易出現鋰枝晶穿透。它的存在可以穩定鋰金屬和石墨層之間的主界面，降低整體過電位。

    6330f43262276895da000005_10243957.jpg夾在中間的第二種電解質是Li10Ge1P2S12(LGPS)，對鋰不那么穩定，但是鋰枝晶不易穿透。

    中間電解質也可以用Li 9.54 si 1.74(p 0.9 sb 0.1)1.44s 11.7 cl 0.3(lsps)代替，也可以得到類似的性能。

    6330f43262276895da000006_10243957.jpg這種排列方式的好處是鋰枝晶可以穿過石墨和第一層電解液，但到達第二層電解液時又被‘攔截’，真正解決了鋰金屬電池3354的一大問題和痛點

    電池的反復充放電會經常在陶瓷顆粒中產生微米或亞微米級的裂紋。一旦形成裂紋，鋰枝晶穿透和短路現象難以避免。

    6330f43262276895da000007_10243957.jpg這層位于‘三明治’中間的固體電解質，正好可以防止鋰枝晶刺穿整個電池，從而避免電池正負極之間短路甚至起火。

    這樣的設計除了提高安全性，還讓電池在0.25mA/cm？在電流密度和室溫條件下，循環使用1800小時后，電池性能遠優于單一固體電解質。

    三明治固態電池，在業界是什么水平？

    首先，明白什么是固態電池。

    固態電池是指使用固體電解質的鋰離子電池。

    從原理上來說，固態鋰電池和傳統鋰電池沒有區別。

    兩者的主要區別在于，固態電池的電解質是固體，相當于鋰離子遷移到固體電解質的地方。

    6330f43262276895da000008_10243957.jpg一般來說，根據正負極材料的不同，固態電池還可以分為固態鋰離子電池和固態鋰金屬電池(以金屬鋰為負極)。

    產業鏈方面，固態電池的產業鏈和液態鋰電池的產業鏈大致相似。它們之間的主要區別在于中上游的陽極材料和電解質

    但這是電池組結構和制造工藝的有限進步，這條路線的上限并不高。

    固態電池的1000公里續航其實是一件很容易的事情，這也讓企業可以把更多的成本投入到安全、能效等方面。

    其次，安全性高。很多無機固體電解質材料都是不可燃的，聚合物固體電解質有一定的易燃風險，但與電解質相比，其安全性也大大提高。

    6330f43262276895da000009_10243957.jpg基于這兩點，固態電池也被認為是未來動力電池最有前景的發展方向之一。

    目前固態電池還在研發中，國內外重要玩家都在跟進。

    據前瞻產業研究院統計，目前，全球已有超過50家制造企業、初創公司和大學科研機構在推廣固態電池技術。

    歐美車企更看重固態電池初創企業。車企收購、投資固態電池領域的初創企業，如固態電源、固態能源系統、離子材料等，獲取技術儲備。

    在日本和韓國，日系車企對固態電池的研發起步相對較早。最早進入該市場的豐田公司在2008年與伊利卡合作，三菱、日產、松下等大多數公司也有合作。也加速了固態電池產業的布局，以早日實現量產。

    國內方面，國內企業起步比西方早，但已經有越來越多的企業參與其中，包括贛鋒鋰業、當代安培科技有限公司等電池企業。更多其他領域的企業看好固體電池的跨界投資，比如專注于汽車零部件的萬向集團，新能源汽車的比亞迪。

    6330f43262276895da00000a_10243957.jpg然而，固態電池的產業化仍然面臨相當大的挑戰。

    首先，我們需要重塑電池行業的供應鏈。

    其次，用于固態電池的前鋰硅碳陽極或前景金屬鋰陽極、高鎳陽極、固體電解質等科技新材料的生產成本遠高于目前相應的材料，降成本之路異常艱巨而漫長。

    第三，固態電池本身的快充效率差。一般固體電解質的電導率只有電解質的十分之一，確實影響了實際應用。

    所以‘三明治’固態電池其實在充電方面已經有了很大的進步。

    最快可在3分鐘內充滿，一個周期可充放電10000次，超過目前大部分量產的普通鋰離子電池。

    研究團隊介紹

    論文第一作者葉鹿晗。

    本人畢業于電子科技大學能源科學與工程學院，新能源材料與器件專業。

    2017年本科畢業，拿到哈佛大學全額獎學金，去李欣教授課題組研究金屬鋰電池。

    6330f43262276895da00000b_10243958.jpg來自關偉，成都電子科技大學，最左邊是葉鹿晗。

    李欣教授在申請哈佛大學的推薦信中這樣評價：

    韓燁在本科期間接受了良好的學術訓練，他的創造力和科研熱情超過了普通本科生。他的科研水平讓我相信他有潛力成為哈佛或者麻省理工的博士生。事實上，在我見過的本科生中，他的科研成績是突出的。

    本科期間，他的簡歷如下：

    入選成電2016年優秀學生，四川省優秀畢業生。連續兩年專業排名第一，綜合素質連續三年專業排名第一，兩次獲得國家獎學金、唐立新獎學金、人民一等獎學金。

    共發表SCI論文10篇，其中第一作者發表5篇，包括但不限于《先進能源材料》(影響因子15.23)、《電源雜志》(影響因子6.33)等國際期刊。

    6330f43262276895da00000c_10243958.jpg來自成都電子科技大學關偉

    參與國家自然科學基金1項，省自然科學基金1項

    與劍橋大學教授張(K. Zhang)和布朗大學教授布魯克海文國家實驗室助理主任迪克森(J. Dickersion)合作，共同開發電化學沉積技術在儲能和轉換領域的應用。

    與哈佛大學李欣教授研究組合作，開展了功能鋰離子電池和固體電解質的研究。

    6330f43262276895da00000d_10243958.jpg此外，他還申請了一項中國專利和一項美國專利，多項成果得到了國家能源新材料技術研發中心和公司的資助，共計60多萬。

    這篇論文的通訊作者是李欣，他是哈佛大學約翰a保爾森工程與應用科學學院的材料科學副教授。

    6330f43262276895da00000e_10243958.jpg在此之前，他于2003年畢業于南京大學，獲得物理學學士學位，2010年獲得賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程博士學位。

    目前，他在哈佛大學的研究小組，專注于通過合成、測試、表征和模擬來設計下一代儲能材料。

    同時，結合電化學、顯微鏡、光譜學、第一性原理計算和人工智能，獲得與材料性質相關性最強的研究發現，并以此指導新型儲能材料的設計，包括下一代鋰離子電池或鈉離子電池的正負極材料和固體電解質。

    與此同時，李欣教授和他的許多學生一起，在去年成立了一家名為Adden Energy的電池初創公司。韓燁是該公司的首席技術官。

    6330f43262276895da00000f_10243958.jpg今年年初，公司宣布完成515萬美元(折合人民幣約3609萬元)的種子輪融資，由春華資本集團領投，Rhapsody Partners和MassVentures跟投。

    6330f43262276895da000010_10243958.jpg最近，這家初創公司獲得了哈佛大學技術開發辦公室的獨家技術許可。

    技術許可的最新融資意味著他們具備了商業化的初步條件，可以將實驗室的成果轉化為產品。

    李欣教授說他非?？春霉虘B電池。如果你想推廣電動汽車，固態電池是唯一的途徑。

    他如此自信的原因是：

    我們的技術遠遠優于其他固態電池。我們的電池可以充放電5000 ~ 10000次，現在即使是同類最好的也只能做到2000 ~ 3000次。在量產方面，我們看不到任何限制因素。一旦進入市場，可能會改變游戲規則。

         電子科大高材生突破固態電池：能密 5 倍于刀片電池、3 分鐘充滿 惟冷鶴發雞皮若冰霜我獨尊29. 人要活很多年后才知道感恩的，才知道萬事萬物包括投眼而來的翠色，附耳而至的清風，無一不是榮華的天寵，才知道生命中的每一霎時間都是向永恒借來的片羽，才知道胸襟中的每一縷柔情都是無限天機所流瀉的微光?；ㄔ诮逃憻捝系臅r間是25分鐘，只有12分鐘的時間用來做家務。79.不以規矩，不成方圓。    鎖離愁連綿無際，來時陌上初熏，繡幃人念遠，暗垂珠露，泣送征輪。長行長在眼，更重重、遠水孤云。但望極樓高，盡日目斷王孫。飛湍瀑流爭喧［兀豕］，冰崖轉石萬壑雷。固態電池,電解質,哈佛大學,李鑫,三明治67、Some thing is learned every time a book is opened.
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