中国储能网讯：9月10-11日，由中国化学与物理电源行业协会、南方科技大学碳中和能源研究院、南方电网能源发展研究院联合100余家机构共同支持的碳中和能源高峰论坛暨第三届中国国际新型储能技术及工程应用大会在深圳召开。此次大会主题是“绿色、经济、安全、发展”。

来自行业主管机构、国内外驻华机构、科研单位、电网企业、发电企业、系统集成商、金融机构等不同领域的600余家产业链企业，1317位嘉宾参加了本届大会。

11日上午，中国科学院物理研究所研究员胡勇胜受邀在“全生命周期碳足迹分析与应用技术专场”分享了主题报告，主题为《一类具有柔性的无机玻璃固体电解质材料 》。

胡勇胜：各位专家，大家早上好！首先感谢组委会的邀请，今天有这么一个机会给大家汇报一下我们最新的进展，题目我稍微改了一下固态钠电池电解质材料，这里面包括了我们最近开发的新型柔性无机材料。无机材料很难有柔性的。我们发明了无机的玻璃，具有口香糖似的粘糖性、柔性。

我在2016年写的观点文章里面讲了固态电池的机遇与挑战。固态电池的优点是能够进一步提升电池的安全性能，有可能还能提升它的能量密度。如果界面做好了，循环寿命会比现有的液态电池循环寿命更长。挑战：一是要把液态电解质换成固态电解质，目前还没有非常合适的能够兼容正负极各个方面的。

二是界面，液态电池是液固界面，换成固态电池就是固固界面。对于怎么制造固态电池，还没有成熟的制造工艺。这是它的几个大的挑战。

物理所在固态钠电池方向，从2016年开始承担国家一个重点研发项目课题，围绕固态电解质材料、界面、如何做电池做了一些工作。今天由于时间关系，不会一一提到。

固态电解质，这是锂和钠的电解质，有氧化物、硫化物、氯化物、聚合物，甚至把聚合物和其他无机材料进行复合的各类电解质，图表里显示了相应的离子电导率和温度的关系，类型比较多。

对于钠离子无机固态电解质，NASICON这个材料很早，这个材料离子电导率可以做到很高，而且非常稳定，它的离子电导率应该在10-4 S/cm，如果要进一步改善离子电导率可以优化离子传输通道，提高离子载流子浓度，提高电解质膜的致密度，减少晶界电阻，另外一个是复合，甚至我们提出一种自复合的电解质。

关于这个材料，很早提出来了，但关于它的传导机理，一直没有一个非常清晰的认识，我们几年前做了一个计算，把材料里不同钠的位置搞得比较清楚，离子扩散的路径也搞得非常清楚。在这个基础上，就可以做一些改性。

第一个工作，最开始的出发点是想通过掺La，来提升它的钠离子浓度，来提升电导率，后来发现La很难大量的掺杂到晶格里，但我们发现另外一个有意思的，La掺杂后会自形成复合的电解质，来调控钠含量以及调控晶界组成，大幅度提升离子电导率。经过这么一个修饰，离子电导率可以做到3*10-4 S/cm，这是提的自复合概念。

在这个基础上，通过改变它的前驱体，用少量NaF，发现可以形成玻璃陶瓷的复合电解质，这个电导率也有比较大的提升。

中间有玻璃碳的物质，很难用常规的表征手段来进行表征，这里我们和厦门大学杨勇教授合作，利用核磁研究其组分，降低了晶界电阻，进一步提升离子电导率。

经过这个修饰，它的临界电流能够得到一定改善，但还是仍然在大一点的电流密度下，比如到0.3毫安米每平方厘米，还是会短路，具体短路的机理，以前锂电池陶瓷里研究得非常多，在NASICON里陶瓷研究还是不多。我们后来和西安交大韩晓刚教授合作，通过原位的光学显微镜，通过原位来观察枝晶的生长，这里面很多黑点点都是有枝晶带里面生成，而且最后是贯通起来的，导致短路。

这也是第一次清晰的看到Na在陶瓷电解质里电流密度大后仍然还是会在里面短路。

后来我们在这个基础上改善它的表面，比如表面层引入氟化钠能进一步改善界面，把临界电流密度进一步提升。这个临界电流密度还跟陶瓷电解质厚度有很大的关系，现在很难做得很薄，如果要做得很薄，临界电流密度还可以进一步提升。

这是有机的，我们很早也做了这方面的一些工作，特别是PEO加上盐复合，七八十度它的电导率才能到10-4 S/cm。聚合物和电极材料是软的接触，接触会很好，但需要在高温运作，而且负极目前和碳有些不兼容。具体原因是什么，我们还在做相关工作。

我们也做了一系列改善，包括对负极的改善，增大它的比较面积，做了Na/C复合电极，发现它的临界电流密度还可以能做到0.8、0.7mA/cm2，比刚才还再高一点，而且比较稳定。

我们做了一个电池，用磷酸钒钠作为正极，PEO和FSI作为电解质，金属钠作为负极，构建固态钠电池，循环了5000周。

PEO一般都要用非水溶剂来做膜，不环保，这里用水作为溶剂，把盐水甚至还加了三氧化二铝填料，来进一步提升它的界面稳定性和电导率。电导率能够接近10-3 S/cm，而且循环各方面非常稳定。还有一条路线是复合，就是把无机的固态电解质和有机的复合在一起，进一步提升它的电导率。这是做的相关工作，在锂电里这些思路都是有的。

我们也做了一个工作，锂电里采用得比较多。我们做了Mg掺杂硅磷酸高钠，经过这个修饰，电导率能做到3.8*10-3 S/cm。我们把这个电解质涂覆到PP/PE隔膜上组装电池，这个循环是稳定的，能够循环2000周左右，容量保持率还有88%，这是固液混合的钠电池。

对于新型固体电解质现在也有人在研究，特别是氯化物，这几年非常热，做了各种各样的氯化物，而且现在离子电导率都能做到10-3 S/cm。

对于钠的，目前也有相关的，还有掺杂的，甚至还有四氯铝酸钠，离子电导率比较低，是10-6 S/cm。

前面提到的电解质，有各种各样的，像氧化物的、硫化物的、氢化物的、氯化物的、薄膜和各种聚合物的。从这张图可以看出，每一个电解质都有它自身的一些特点，没有一个电解质能完全满足固态电池的需求。人们提了很多种路径，比如氧化物和聚合物复合在一起结合双方的优点，既能达到柔性，同时又有较高的离子电导率等等。但这还是相对复杂，有没有可能开发一个材料，不做复合，材料本身就有很高的离子电导率，而且同时还具有聚合物柔性的特点。我想这还是一个很重要的，特别是对于解决固态电池里固固的界面，包括电极材料在充、放电过程中的膨胀、收缩、应力应变。如果是一个柔性的电解质材料，这有很大的帮助，甚至能够解决它的接触问题。

我们做了一个材料，刚才提到的一个材料是四氯铝酸锂，本身这个材料1976年就有人研究，离子电导率很低，只有10-6S/cm。我们后来想了一个办法，把氧引入到氯化物里，替代部分的氯，最后得到氯氧化物。经过简单的处理，离子电导率现在可以做到10-3 S/cm，锂做到1.5×10-3 S/cm，钠是做到1.3×10-3 S/cm。电导率相比本体材料有了三个数量级的提升，而且这个材料是有柔性的，就像口香糖似的。

有这个特性以后我们就组装了电池。两个电池，一个是我们利用三元的NCM622作为正极，另外是利用一个钠的高电压磷酸盐作为正极。组装了锂电池和钠电池。这个不错，能够耐受非常高的电压，可以充到4.2V、4.3V，能保持非常好的循环，这个我们做了600次循环，刚开始有点衰减，是稳定界面，一旦界面稳定住后，循环非常稳定，而且效率特别高，不需要施加额外的压力，就能够具有很好的电化学性能。

我们做了一个更厚的电极，正极负载量能做到20多毫克每平方厘米。这对于能量密度提升有很大的帮助，而且这个电解质软化的温度很低，100多度就可以软化，这样和我的正极材料混合时，就可以利用干粉电极方法做到很好的致密的电极，而且它能够有一个很好的界面，因为在一百多度就软化了，像口香糖一样。

这个厚电极也显示了非常好的循环。

对于这个体系，目前因为它的电极比较厚，电流相对来讲小一点。相比现在液态的锂电池来说，已经是很厚的片，将来怎么样把电解质膜做得更薄，进一步提升它的电化学性能。

虽然我们这个工作两周以后会上线，但这个专利很早就申请了。2021年3月份把这两个专利已经布局了。这是一个无机玻璃，柔性材料。这两个专利现在都获得了授权。

感谢国家这些项目的支持，感谢我们团队的大力支持。我们也一直在做钠离子电池方面的研究和工程化，也有12年的积累了，如果大家对这个感兴趣，我们2020年出了一本书，可以去看看。最后，感谢国内外所有合作者，谢谢大家！

【责任编辑：周晓晴】