中國粉體網(wǎng)訊 2025年3月18日到19日,，由中國粉體網(wǎng)主辦的2025全固態(tài)電池技術(shù)交流大會暨第一屆干法電極技術(shù)研討會在安徽蚌埠隆重召開，會議期間,，我們邀請到了業(yè)內(nèi)專家,、學者，優(yōu)秀企業(yè)家代表做客對話欄目,，進行訪談交流,。本期為您分享的是中國粉體網(wǎng)對中國科學院蘭州化學物理研究所副研究員楊燕飛的專訪。
中國粉體網(wǎng)：楊老師，請您簡單介紹一下你們課題組,，以及近年來在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究成果,。
楊老師：我們團隊硅基功能材料組隸屬于中科院蘭州化學物理研究所資源能源中心，由張俊平研究員領(lǐng)銜,，主要聚焦硅酸鹽黏土與有機硅潤濕性涂層的應(yīng)用基礎(chǔ)研究,，涵蓋仿生超疏液涂層、鋰電池隔膜/固態(tài)電解質(zhì),、太陽能界面蒸發(fā)材料等方向,。
在固態(tài)電池研究方面，我們結(jié)合黏土礦物特色資源,，圍繞國家能源重大需求,，開展了一系列創(chuàng)新研究。前期,，我們開發(fā)了一系列黏土礦物功能化鋰電池隔膜,，揭示了納米結(jié)構(gòu)、表面化學特性及其對鋰電池性能的調(diào)控機制（Angew Chem Int Ed,、Adv Energy Mater等）。在此基礎(chǔ)上,，我們系統(tǒng)研究了五種不同微觀結(jié)構(gòu)的黏土礦物對聚合物復合固態(tài)電解質(zhì)性能的影響,，發(fā)現(xiàn)納米片狀蒙脫石因其邊緣正電荷可促進鋰鹽解離，形成快速鋰離子傳輸通道,。通過丁二腈-鋰鹽插層改性蒙脫石,，我們成功制備了高效鋰離子導體材料，大幅提升PEO基復合固態(tài)電解質(zhì)的綜合性能,，并闡明了其鋰離子捕獲及界面穩(wěn)定化機理（Angew. Chem. Int. Ed.,、Nano Lett.等）。
為突破傳統(tǒng)納米填料難以形成連續(xù)鋰離子傳輸通道的瓶頸,，我們受神經(jīng)元結(jié)構(gòu)啟發(fā),，創(chuàng)新性地在蒙脫石表面原位生長有機硅納米線，構(gòu)建SNFs@蒙脫石超疏水復合材料,。該材料顯著提高了PEO基固態(tài)電解質(zhì)的離子電導率,、遷移數(shù)及氧化穩(wěn)定性。研究表明,，蒙脫石作為鋰離子富集樞紐,，而SNFs-PEO界面形成的長程連續(xù)通道提供了高效傳輸路徑。進一步在SNFs表面引入電負性官能團,，增強了氫鍵網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性,，為高性能固態(tài)電解質(zhì)提供了新思路。
中國粉體網(wǎng)：楊老師,，請您介紹一下什么是硅酸鹽黏土復合固態(tài)電解質(zhì),？它具有哪些優(yōu)勢,？
楊老師：硅酸鹽黏土復合固態(tài)電解質(zhì)是以硅酸鹽黏土為主體，通過聚合物基體及功能化納米材料復合構(gòu)建的新型電解質(zhì)體系,，在固態(tài)電池領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢：（i）高離子導電性：獨特的納米片狀結(jié)構(gòu)可構(gòu)建豐富的Li⁺傳輸通道,，顯著提升電解質(zhì)離子電導率;（ii）優(yōu)異力學性能：通過合理設(shè)計，實現(xiàn)剛?cè)岵�,，有效適應(yīng)電池充放電過程中的體積變化,，提升循環(huán)穩(wěn)定性;（iii）界面穩(wěn)定性：良好的聚合物-無機材料相容性，有助于形成穩(wěn)定的界面相,，提高電化學穩(wěn)定性,。
與傳統(tǒng)無機填料相比，硅酸鹽黏土納米材料具有以下獨特優(yōu)勢：（i）表面豐富的氧活性位點可通過路易斯酸堿相互作用促進鋰鹽解離,，增加自由Li⁺濃度,；（ii）天然納米結(jié)構(gòu)可同時增強材料的機械性能；（iii）具有來源廣泛,、成本低廉,、環(huán)境友好等特點，符合可持續(xù)發(fā)展理念,。這些特性使硅酸鹽黏土成為制備高性能復合固態(tài)電解質(zhì)的理想選擇,，為下一代固態(tài)電池的發(fā)展提供了新的材料體系。
中國粉體網(wǎng)：楊老師,，您團隊通過有機硅納米線@蒙脫石超疏水納米填料與聚合物電解質(zhì)復合形成硅酸鹽黏土復合固態(tài)電解質(zhì),，它的構(gòu)筑機理是什么？
楊老師：在固態(tài)電解質(zhì)中,，構(gòu)建長程連續(xù)Li⁺傳輸通道是實現(xiàn)高效離子輸運的核心挑戰(zhàn),。傳統(tǒng)無機填料，如蒙脫石,，難以形成穩(wěn)定的傳輸網(wǎng)絡(luò),。我們受神經(jīng)元結(jié)構(gòu)及信號傳導機制的啟發(fā)，創(chuàng)新性地構(gòu)筑超疏水SNFs@蒙脫石納米填料,，形成高效的離子傳輸體系,。
仿生神經(jīng)元結(jié)構(gòu)：通過甲基三氯硅烷在蒙脫石表面可控水解縮合，成功制備有機硅納米線@蒙脫石,，其分支結(jié)構(gòu)在PEO基復合固態(tài)電解質(zhì)中構(gòu)建三維連續(xù)離子通道,，實現(xiàn)多向高效Li⁺傳輸。
化學增強機制：豐富的表面活性位點增強鋰鹽與聚合物的Lewis酸-堿相互作用,，促進鋰鹽解離,，提高自由Li⁺濃度；SNFs-PEO界面構(gòu)筑長程連續(xù)通道，確保穩(wěn)定的鋰離子輸運,；SNFs表面接枝電負性官能團,，構(gòu)建穩(wěn)定的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，提升界面穩(wěn)定性與長循環(huán)耐受性,。
力學強化作用：SNFs的復雜分支結(jié)構(gòu)增強了電解質(zhì)的補強效果,，顯著提升機械穩(wěn)定性與循環(huán)壽命。
這種仿生設(shè)計策略突破了傳統(tǒng)填料難以形成穩(wěn)定連續(xù)Li⁺通道的瓶頸,，為寬溫域適用的高性能固態(tài)鋰金屬電池提供了全新材料體系,。
中國粉體網(wǎng)：楊老師，這種硅酸鹽黏土復合固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用前景如何,？
楊老師：硅酸鹽黏土憑借其層狀結(jié)構(gòu)與豐富資源,，在固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用潛力。其天然納米通道可顯著提升鋰離子傳輸效率,，同時,，其優(yōu)異的熱穩(wěn)定性與機械強度可滿足高安全性固態(tài)電池的需求。在下一代高能量密度電池,、柔性電子器件,、高溫儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域，硅酸鹽黏土復合固態(tài)電解質(zhì)具備獨特的優(yōu)勢,。
然而,，推動該材料的商業(yè)化應(yīng)用仍需進一步優(yōu)化制備工藝、結(jié)構(gòu)性能關(guān)系研究及界面修飾技術(shù),，以充分挖掘其在儲能領(lǐng)域的潛力。隨著技術(shù)突破,，該材料有望成為新能源領(lǐng)域高值化應(yīng)用的重要方向,，為固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化提供關(guān)鍵支撐。
中國粉體網(wǎng)：楊老師,，你如何看待目前固態(tài)電池的發(fā)展形勢,？商業(yè)化還需要多久？
楊老師：固態(tài)電池正處于從實驗室研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵階段,。近年來,，在材料開發(fā)、界面優(yōu)化,、規(guī)�,；苽涞确矫娴耐黄疲瑸槠渖虡I(yè)化奠定了基礎(chǔ),。目前,，高離子電導率固態(tài)電解質(zhì)、界面工程優(yōu)化、低成本制造工藝的進展正加速固態(tài)電池的成熟,。
預計在未來5-10年內(nèi),，固態(tài)電池將逐步進入商業(yè)化階段，首先應(yīng)用于高端消費電子與特種領(lǐng)域,，隨后擴展至電動汽車和大規(guī)模儲能市場,。盡管商業(yè)化仍面臨成本、工藝,、供應(yīng)鏈等挑戰(zhàn),，但其在安全性、能量密度,、循環(huán)壽命方面的優(yōu)勢,，使其成為下一代電池技術(shù)的重點方向。隨著技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)鏈完善,，固態(tài)電池的商業(yè)化進程將持續(xù)加速,。
