四十年固态锂电池——回顾与展望

　　5 复合离子导体

　　1973年LIANG发现在离子导体LiI中加入一定量绝缘体Al2O3后，室温离子电导率增加2个数量级，这一发现成为探索新的快离子导体的重要途径之一。我们对含笫二相(DSPP)的离子导电材料作了大量的研究，通过NMR、DTA、Mossbouer谱、XRD、电化学等技术较系统研究了LiCl(DSPP)、LiSO4(γ-Al2O3)、PEO-NaSCN(γ-Al2O3)、(LiNO3-KNO3-CsNO3)共晶(γ-Al2O3)、LiIO3(γ-Al2O3)和AgI(DSPP)等复合离子导体，得出如下结论：

　　(1)LiCl(DSPP)复合离子导体室温离子电导率随DSPP含量的增加而增高，达最高值后(25%～35%)，进一步增加DSPP含量，导致离子电导率下降;

　　(2)复合离子导体电导激活能降低，高温区尤其明显;

　　(3)复合离子导体的7Li NMR谱由宽峰和窄峰迭加而成。小峰越明显，离子电导率增量越大。窄峰是运动快的离子引起的，这一部分离子位于母相与第二相粒子的界面层。因此离子电导率的提高与界面层的结构和第二相粒子的粒径等因素有直接关系。

固态锂电池对固体电解质有很多要求，在当时的短短几年中，只能是侧重于离子电导率这一方面。其它要求，如稳定性、机械强度、可加工性、对环境影响和成本等都来不及考虑。虽然如此，我们还是开始了电池制造技术的研究和制造设备的调研。“863”计划中期检查时，物理所就演示了用固态锂电池驱动的收录两用机，受到专家组的赞扬。科技部“863”计划结题成果展览中展示了用手工制作的软包装固态锂电池。

　　中国科学院“六五”和“七五”的快离子导体和固态电池重点课题以及科技部第一个“863”计划的固态电池重大专题为我国锂离子电池研究和生产奠定了知识、技术、设备和人材储备各方面的基础。我国锂离子电池产业化初期正是得益于20世纪90年代的经验积累和由于大量采用自动化设备生产电池，才使锂离子电池的价格很快大幅降低，也才能使我国的锂电池产业快速进入世界前三名。

　　电动汽车是国家重点支持的发展方向。电动汽车的关键是动力电池。自电动汽车推广以来，锂离子电池燃烧爆炸的新闻一直未曾间断，锂离子电池的安全性已引起广泛关注，锂电池行业各个环节方都在不遗余力地解决电池安全问题。导致燃烧爆炸的主要原因是锂离子电池电解质是可燃的有机溶液，因此，固态锂电池有望是解决动力锂电池安全问题的终极方案。

　　用纳米硅负极和富锂正极材料，锂离子动力电池的能量密度预计可达到300 W˙h/kg，但是为了使能量密度提高到300 W˙h/kg以上，必须考虑金属锂作为负极的电池，锂金属的容量约为3860 mA˙h/g，是石墨的10倍，由于它本身是锂源，正极可以是不含锂的盐，正极材料的选择性就更多了。从长远考虑，动力电池的能量密度希望提升到500 W˙h/kg以上，这就需要新的变革性蓄电技术：锂/硫电池和锂空气电池。它们的负极都是金属锂，正极活性物质分别是硫或空气。可充放锂/硫电池和锂/空气电池的研究都已经经历了数十年，由于采用液体电解质，金属锂负极的稳定性难以解决。这两种高能量密度锂电池都可以采用固体电解质，因此，提前布局固态电池不仅是中期考虑，也是为更长期的发展战略考虑。

　　2014年我就提出争取5年实现固态锂电池产业化，这是我们实现领跑的难得机遇。这一目标能否实现，在很大程度上依赖于政府主管部门的大力支持，仅仅列一两个项目是远远不够的，一定要加大资助强度。也依赖于广大科技工作者和工程技术人员通力合作，去解决一系列基础科学问题和工程技术问题。特别是希望资本运营企业能够把固态电池这一类国家急需的技术作为新的投资方向，使研究成果更快产业化。

　　我们的目标一定要达到，我们的目标一定能够达到!