在全球能源转型与 “双碳” 战略深入推进的背景下,新能源电池作为能源革命的核心载体,正迎来技术突破的关键期。全固态电池作为 "下一代电池技术",因其高安全性、高能量密度、宽温域等优势,被视为新能源汽车续航与安全的 “终极解决方案”,成为未来新能源行业技术制高点。材料创新是其落地的核心。
上海大学绍兴研究院深耕新能源电池关键材料领域,在全固态电池燃料电池关键材料等核心领域实现多项原创性突破,为新能源产业高质量发展注入强劲动力。

1 聚合物基固态电解质膜

自主研发的10μm 超薄聚合物固态电解质膜通过复合骨架集成氮化硼纳米纤维和锂化Nafion镶嵌结构,实现了快速Li⁺传输和机械强度的增强,在室温下获得5.5×10⁻⁴ S cm⁻¹的显著离子电导率和0.85的高Li⁺迁移数,同时表现出优异的拉伸强度(30MPa)以及与高负载NCM811正极(12 mg cm⁻²)和超薄锂负极(40μm)的兼容性。
软包全电池在25°C下实现了高能量密度(316.6 Wh kg⁻¹,838.1 Wh L⁻¹)和循环稳定性(100次循环后容量保持率92.2%)。此外,该电池可在宽温度范围内工作,在-10°C下无需外压仍能保持120.6mAh g⁻¹的容量。性能全面超越传统 “液态电解质+隔膜” 体系,为全固态电池规模化应用扫清关键障碍。
固态电解质膜的构建及物理性质
 

2 零体积膨胀集流体: 攻克锂枝晶难题

全固态锂电池面临的最大挑战是锂枝晶生长与体积膨胀,创新开发两种集流体解决方案:

  • 泡沫铜集流体30-50μm厚度,孔隙率超80%,通过表面改性让锂均匀沉积,避免枝晶刺穿电解质,实现 “零体积膨胀”

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  • 石墨烯气凝胶复合集流体20-50μm厚度可控,结合三维多孔结构与官能团修饰,用Co-NG800多硫化物催化官能团修饰石墨烯,既解决充放电时体积收缩和膨胀问题,又通过复合Li₂Cl实现 “补锂” 功能,有效提升了首效。

3 全固态电池补锂、补钠材料

电池首次充放电效率(首效)是制约能量密度的关键,“死锂” 形成是主要原因。锂电池、钠电池对补锂、补钠需求迫切,研究团队发现了Li₂Cl、Na₂Cl、Na₃Cl等反常化学计量比晶体,颠覆了传统 NaCl"1:1"组成的认知,为补锂技术提供全新思路:

  • Li₂Cl、Li₃Cl可作为 “补锂剂”,在电池首次循环中释放额外锂源,提高能量密度,解决 “死锂” 问题;

  • 适配全固态电池无负极设计,解决锂金属与电解质界面稳定性问题,延长电池循环寿命。

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4 复合导电剂

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复合导电剂主要应用于动力电池和高倍率锂电池,可提升能量密度循环寿命安全性能。复合导电剂的个性化开发,实现锂离子电池性能的最优化:

  • 通过石墨烯、炭黑、碳纳米管进行复配,构建 “零维-一维-二维” 即 “点-线-面” 的导电网络;

  • 焦耳热闪蒸打开 MWCNT,并打孔插层,定制石墨烯片与层间距尺寸,减小锂离子传输的迂曲度,促进锂离子传输动力学,改善位阻效应,提高离子电导率;

  • 表面改性,提高分散性,解决团聚问题。

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上海大学绍兴研究院创新构建 "基础研发-技术开发-中试转化-市场应用" 全链条体系,通过与规上企业共建协同创新联合体,加速技术成熟度提升: 

  • 技术成熟度1-4级的科研成果,依托校内完成基础验证;

  • 5-7级的中试阶段,由研究院实现放大生产;

  • 8-9级的市场化阶段,联合行业龙头企业推动规模应用。

目前,研究院已布局聚合物电解质泡沫铜负极氮化硼纳米管低成本制备等中试工作,正全力推进全固态全电池样品中试放大,持续推进关键材料创新与成果转化,朝着"解决材料领域'卡脖子'问题"的目标稳步前进。
来源:上海大学绍兴研究院
成果推介028|全固态电池关键材料【合集】
 
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新能源汽车的快速发展带动了动力电池的高速增长。动力电池生产流程一般可以分为前段、中段和后段三个部分。其中,前段工序包括配料、搅拌、涂布、辊压、分切等,中段工序包括卷绕/叠片、封装、烘干、注液、封口、清洗等,后段主要为化成、分容、PACK等。材料方面主要有正负极材料,隔膜,电解液,集流体,电池包相关的结构胶,缓存,阻燃,隔热,外壳结构材料等材料。 为了更好促进行业人士交流,艾邦搭建有锂电池产业链上下游交流平台,覆盖全产业链,从主机厂,到电池包厂商,正负极材料,隔膜,铝塑膜等企业以及各个工艺过程中的设备厂商,欢迎申请加入。

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作者 808, ab