近日，上海洗霸（603200）与中国科学院上海硅酸盐研究所固态电池先进材料联合创新实验室张涛研究员团队通过石榴石型固态电解质（LLZTO）与聚丙烯腈（PAN）强极性腈基基团（-CN）之间的配位作用构建了稳固的LLZTO@PAN包覆结构。在此基础上，利用该功能性材料构筑出水基浆料涂覆的表面强极性隔膜。该项工作阐明了固态电解质功能化隔膜与锂沉积行为之间的构效关系，同时，构筑水基浆料涂覆的功能化隔膜也为实现长寿命、高安全的高比能锂金属电池提供了新的发展思路。

 

　　锂金属由于具有极高的理论比容量（3860 mAh g-1）和极低的电化学电势( 3.04V Vs. SHE)，是下一代高比能锂电池的理想负极材料。然而，高活性锂金属所带来的枝晶生长问题严重阻碍了其应用进程。目前亟需开发出一种兼具优化锂沉积行为和优异加工性能的锂金属电池用功能化隔膜。基于上述问题，中国科学院上海硅酸盐研究所张涛研究员团队通过石榴石型固态电解质Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）与聚丙烯腈（PAN）强极性腈基基团（-CN）之间的配位作用构建了稳固的LLZTO@PAN包覆结构。在此基础上，利用该功能性材料构筑出水基浆料涂覆的表面强极性隔膜。一方面，PAN的空间位阻效应有效改善了LLZTO在水中的分散性；另一方面，LLZTO@PAN赋予隔膜表面强极性和高离子电导率，有效均匀锂沉积，实现锂金属电池在2 C下稳定循环1000次，容量保持81%。

 

　　该成果以“A Strong-surface-polarity Separator Enables Dendrite-free Lithium Metal Anodes via Coordinated Garnet Electrolyte”为题发表在Chemical Engineering Journal （DOI:16/j.cej.2023.147041）上。论文第一作者为上海硅酸盐所在读博士生朱雅琼，通讯作者为张涛研究员和杨亚南博士后。

LLZTO@PAN功能化隔膜抑制锂枝晶示意图

LLZTO@PAN表征与水分散性

LLZTO@PAN功能化隔膜物化性能

循环后负极形貌对比及调控锂沉积示意图

锂金属电池循环性能

 

（图源： 中国科学院上海硅酸盐研究所）

 

　　通过合作共建固态电池先进材料联合创新实验室，上海洗霸与中国科学院上海硅酸盐研究所张涛研究员团队建立了紧密合作。由上海洗霸董事长王炜博士及张涛研究员共同担任联合创新实验室主任，以张涛研究员（英国皇家化学学会会士）及其团队成员杨亚南（上海市超级博士后）为代表的高级研发人员为公司持续提供原创技术支持。同时，以股权为纽带，双方合资成立上海科源固能新能源科技有限公司作为产业化实施主体，由王炜博士任董事长、张涛研究员任董事兼总经理，将加速推进实验室科研成果的产业化落地。

 

　　张涛研究员曾在业内峰会中表示，“锂离子电池由液态向固态发展的过程中对隔膜提出了新要求。传统的PP隔膜、PE隔膜和固态电解质的发展会是相当长时间的并存过程，提升隔膜功能化是目前以及未来较长时间内需要实现的研发目标。”前述固态电解质功能化隔膜研究方面取得的最新进展，为加速推进实现长寿命、高安全的高比能锂金属电池提供了新的发展思路。

 

　　据中信证券研究报告，当前固态电池仍处于0-1发展阶段，但凭借能量密度更高、安全性更强等多方面优势，其产业化已是大势所趋。从产业化进程来看，预计固态电池会从半固态电池开始，在2024年左右有望率先小范围应用于机器人、军工航天、高端新能源车型等价格敏感度较低、安全性能要求较高的领域，2027年后有望开始实现大规模商业化应用。固态电池产业化将会持续催化对固态电解质等核心材料的市场需求，也有望带动硅碳负极等行业发展。上海洗霸将紧跟相关领域市场发展，全速推进产业化工作进程。日前，上海洗霸松江基地建设项目已正式开工，将落实公司水处理领域以及新能源领域关键先进材料硬核技术的研发生产工作，以满足业务规模持续增长对相关产能的需求。