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中科院苏州纳米所吴东：基于极片固态化的高安全高性能固态/半固态电池的设计

Answer 1

很高兴分享基于极片固态化的高安全高性能固态/半固态电池设计。锂电池广泛应用在生活、工业、国防及国家能源安全中，提高电池安全性和能量密度是当前热门话题。固态电池投资热，硫化物全固态尤其吸引资本关注。兼具高安全性和高能量密度的电池是下一代解决方案。

目前锂电池安全性主要与电解液相关，固态电池旨在用固态电解质替换易燃液体电解液，固态电解质安全系数更高。然而，固态电池并非天然带来高能量密度和高安全性，只是提供了可能性。不同固态电解质具有不同的特性，如硫化物电解质界面稳定性更好，但也有其他问题。

研究发现，固态电解质分类过于机械，单一电解质全固态电池难以实现量产。硫化物全固态电池实现上车的可能性存在疑问，固态电解质量产问题突出。建议固态电池内部电解质应复合使用，以发挥各自优势，解决各种问题。

当前固态电池设计面临的挑战是固固接触问题，目前看，难以通过无机物实现原子级接触。我们提出通过极片固态化和不燃电解液，以及自支撑固态电解质膜，实现电池固态化。

极片固态化，将电极材料表面SEI膜引入，形成一层类似于聚合物的结构，以聚合物固态电解质作为人造SEI膜，提升负极稳定性。固态电解质膜的自支撑和密实化，减少电解液空间，实现准固态电池。

通过复合无机固态电解质和聚合物，实现高体积膨胀负极材料应用，解决高硅极片体积膨胀问题。基于极片固态化，开发不燃电解液，选择高浓度结构和引入离子液体，提高电池安全性和锂沉积稳定性。通过这些设计，实现高性能和安全的电池性能。

目前，极片固态化和不燃电解液的设计，与现有锂离子电池体系完全匹配，无需大规模改造现有设备，具有大规模生产潜力。基于极片固态化的半固态电池设计，已经展现出足够安全和高性能的特性，进一步推动全固态电池发展取决于未来发现的新优势。

总结，极片固态化和不燃电解液是提升电池安全性和性能的关键技术路径。自支撑固态电解质膜的开发，以及复合电解质的应用，将极大降低电解液用量，同时保证电池性能和安全性。基于当前技术进展，极片固态化和半固态电池设计已经能够实现足够安全和高性能的电池性能，全固态电池的发展取决于未来发现的新优势。我们将继续探索和优化这些技术，以推动电池行业的发展。谢谢大家。