中國(guó)粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電池被視為下一代鋰電池技術(shù)的核心方向，憑借高能量密度、高安全性和寬溫區(qū)運(yùn)行等顯著優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。與傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池相比，固態(tài)電池的能量密度可提升40–50%，并能夠有效避免電解液泄漏和熱失控風(fēng)險(xiǎn)。然而，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化仍受到其界面問題制約。
全固態(tài)電池電極-固態(tài)電解質(zhì)之間的界面，容易存在嚴(yán)重的化學(xué)/電化學(xué)副反應(yīng)，導(dǎo)致巨大的界面阻抗，并消耗活性鋰，造成容量衰減，影響全固態(tài)電池的循環(huán)壽命、倍率性能及可靠性。
固態(tài)電池正、負(fù)極和電解質(zhì)材料的表面包覆，可有效改善固態(tài)電池的界面問題，改善界面處的電荷轉(zhuǎn)移，防止接觸損失，降低界面電阻。傳統(tǒng)包覆方法如溶膠-凝膠、化學(xué)氣相沉積雖然能一定程度上緩解界面問題，但存在涂層不均勻、厚度難以控制、對(duì)復(fù)雜多孔結(jié)構(gòu)適應(yīng)性差等缺陷。
原子層沉積技術(shù)（Atomic Layer Deposition, ALD）有望有效解決全固態(tài)電池界面問題。
原子層沉積（ALD）是一種基于有序、表面自飽和反應(yīng)的薄膜或納米顆粒生長(zhǎng)技術(shù)，屬化學(xué)氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域。通過前驅(qū)體交替暴露于襯底表面，可以在原子水平精準(zhǔn)控制薄膜的厚度和組成。自上世紀(jì)七十年代ALD技術(shù)被首次研發(fā)以來，該技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、催化、儲(chǔ)能、醫(yī)療等領(lǐng)域。隨著更多種類前驅(qū)體的不斷發(fā)現(xiàn)和新型ALD技術(shù)的開發(fā)，ALD作為一項(xiàng)先進(jìn)的表面包覆技術(shù)在電池領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
使用原子層沉積（ALD）可以在正極、負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)表面包覆一層很薄的界面緩沖層，隔絕反應(yīng)，改善界面穩(wěn)定性、降低阻抗、提升機(jī)械與化學(xué)兼容性。
ALD在正極材料中的應(yīng)用
LiCoO2（LCO）以其高體積能量密度和良好導(dǎo)電性，主導(dǎo)消費(fèi)電子市場(chǎng)。然而，目前商用LCO的充電截止電壓通常限制在4.3–4.5V（vs. Li/Li+），實(shí)際比容量?jī)H為150–180mAh/g，遠(yuǎn)未達(dá)到274mAh/g的理論值。將電壓提升至4.7V可顯著提高容量和能量密度，但會(huì)引發(fā)表面副反應(yīng)加劇和嚴(yán)重的不可逆相變，導(dǎo)致電化學(xué)性能急劇下降。
來自江漢大學(xué)李煜宇副教授、李兆槐副教授、解明教授和澳大利亞伍倫貢大學(xué)彭建副研究員通過基于粉末原子層沉積（ALD）的精準(zhǔn)納膜包覆和摻雜（PNCD）技術(shù)，在商用LCO表面精準(zhǔn)構(gòu)筑了一種集合了超薄LiAlO2包覆層和Al元素梯度摻雜的新型多功能表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)同時(shí)抑制LCO與電解液之間的副反應(yīng)和體相不可逆相變，實(shí)現(xiàn)了LCO正極材料在4.7V高截止電壓下的電化學(xué)性能突破。
ALD在負(fù)極材料中的應(yīng)用
鋰金屬負(fù)極因其較高的理論比容量（3860 mAh g−1）和最低的還原電位−3.04V（vs. SHE）被視為負(fù)極材料中的“圣杯”。但鋰金屬本身的高化學(xué)/電化學(xué)反應(yīng)活性導(dǎo)致其在電化學(xué)沉積/剝離過程中極易發(fā)生針狀鋰枝晶的生長(zhǎng)，使鋰金屬電池面臨內(nèi)短路的安全隱患。
江漢大學(xué)李兆槐、李煜宇、解明教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)陸俊教授以及美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室李堅(jiān)濤研究員利用原子層沉積技術(shù)（ALD）在碳納米管表面構(gòu)筑“溫和”親鋰位點(diǎn)，設(shè)計(jì)出超薄高導(dǎo)電中間層，首次提出“溫和”鋰吸附位點(diǎn)可優(yōu)化鋰沉積行為，并協(xié)同三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)激活“死鋰”，為高能量密度鋰金屬電池的產(chǎn)業(yè)化提供了新思路，有助于鋰金屬負(fù)極領(lǐng)域的研究及實(shí)際應(yīng)用。
針對(duì)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合合源鋰創(chuàng)、江蘇省企業(yè)發(fā)展工程協(xié)會(huì)將于2025年9月23-24日在江蘇· 蘇州舉辦第七屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作。屆時(shí)，來自江漢大學(xué)的解明教授將作題為《原子層沉積技術(shù)在固態(tài)電池中的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展》的報(bào)告。
專家簡(jiǎn)介：
解明，國(guó)家海外高層次人才特聘教授、湖北省特聘專家、國(guó)務(wù)院重點(diǎn)華僑華人創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)帶頭人。先后在美國(guó)能源部阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、科羅拉多大學(xué)、新能源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、江漢大學(xué)，主要從事微納顆粒表界面原子層級(jí)制造技術(shù)和納米纖維隔膜的研究與應(yīng)用。目前，解明教授在國(guó)際知名雜志上發(fā)表論文50余篇，參與/主持工信部、科技部和省級(jí)多項(xiàng)顛覆性重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、重大專項(xiàng)，研究經(jīng)費(fèi)近4000萬元。牽頭建立《原子層沉積粉體包覆設(shè)備》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)和《超級(jí)電容器紙》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。獲授權(quán)發(fā)明專利57項(xiàng)。獲得省部級(jí)科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)2項(xiàng)、二等獎(jiǎng)8項(xiàng)，其他創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類獎(jiǎng)項(xiàng)20余項(xiàng)。創(chuàng)辦的公司融資超過1億元，估值4.5億元。
參考來源：
能源學(xué)人《江漢大學(xué)、伍倫貢大學(xué)Angew：粉體原子層沉積（ALD）實(shí)現(xiàn) 4.7 V鈷酸鋰正極！》
科學(xué)材料站《江漢大學(xué)第一單位最新Nature communications：具備死鋰激活效應(yīng)的中間層應(yīng)用于Ah級(jí)超高鎳鋰金屬電池》
復(fù)納科技《從界面難題到產(chǎn)業(yè)化：ALD 技術(shù)助力固態(tài)電池新紀(jì)元》
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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