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来源：粉体网收集编辑：文正
固态电池是目前公认最具前景的新一代动力电池，目前固态电池技术处于什么阶段？商用市场已达到怎样的规模？产业链又涉及到哪些领域？这些问题受到业内人士普遍关注。2023年2月21-22日，由中国粉体网主办的第四届高比能固态电池关键材料技术大会在江苏常州隆重召开，会议期间，我们邀请到了业内专家、学者，优秀企业家代表做客《对话》栏目，进行访谈交流。本期《对话》为大家带来电子科技大学张晓琨副研究员的专访。
粉体网：张老师，您能不能给大家介绍一下凝胶电解质的特点以及它的优势？张晓琨副研究员：我们这里讲的凝胶电解质，是一种由聚合物骨架、锂盐和少量溶剂组成，经过固化过程形成的一种准固态电解质。作为一种应用于锂电池的关键材料，其优势特点还是应当从锂电池技术的发展需求来看。能量密度、功率密度、循环寿命、安全性和成本都是锂电池技术或者产品的关键指标，其中，能量密度和安全性是面向电动化交通等新兴应用场景和市场的核心需求。锂金属负极的实用化，是提升锂电池能量密度的一个重要的努力方向。但是锂金属负极的安全性问题很难解决，因此使用固体电解质替代电解液的固态锂金属电池技术是目前基础研究和产业关注的一个热点。相对于陶瓷固体电解质，凝胶电解更容易解决界面浸润和传导等问题。另一个方面，相对于液体电解质，凝胶电解质中的电解液受到限域作用，与高活性锂金属负极的界面副反应会得到有效控制，且能够在一定程度上抑制锂枝晶的生长。因此，从某种程度上说，凝胶电解质的优势在于它集成了固体电解质和电解液的优点，又规避了一些它们的困难，具有离子电导率高、界面特性好、工艺兼容性好等特点。张晓琨副研究员：针对电解质材料，通过探索新的离子传导动力学的增强机制，或者新型材料体系，提升其离子电导率，是一个需要持续努力的维度。凝胶电解质也不例外。电解质离子电导率的提升，对于提高电池的能量密度、功率密度和循环寿命都大有裨益。瞄准提高锂电池安全性目标，开发具有阻燃功能的凝胶电解质，也是一个值得研究的方向，毕竟凝胶电解质中还是存在一定的液态成分。当然了，通过材料优化设计和改性，提高凝胶电解质的热稳定性和化学稳定性，也是很有价值的。此外，随着折叠屏电子设备等柔性电子技术的快速发展，对可以折叠或者卷曲的柔性电池技术提出了迫切需求。在凝胶电解质中构建具备弹性的骨架结构，开发可拉伸的凝胶电解质，对于未来可穿戴柔性电池技术的发展，可能是一个重要的支撑，非常有前景。粉体网：张老师，凝胶电解质稳定性差，这个问题您怎么看？张晓琨副研究员：这个问题要分两个层次来看。首先，凝胶电解质各方面的稳定性，相对目前的电解液来说，是较强的。和聚合物固体电解质大致相当。例如，由于能量密度、功率特性以及电源系统安全可靠性等方面的考虑，目前锂电池的电芯越做做大。但是大容量、大体积的锂电池电芯长期静置使用，其中的电解液可能沉降，电解液分布不均匀会导致电池性能衰减。凝胶电解质中的液相成分被限域在微纳结构中，在结构上比较稳定，应用于大容量、大体积的锂电池中，长期也不会发生电解液沉降导致的电解液分布不均匀问题。当然，它的稳定性的确可以进一步提升。它的力学特性、热稳定性都可以通过优化其中的聚合物骨架结构成分来改善。电化学和化学稳定性，也可以通过体系成分设计以及功能添加剂来改善。另外，就如会议中很多专家讲的，有时候电解质的热失效，对电池安全风险和事故灾害的防控来说，是一件有益的事情。因此，我们可能还需有意地设计一些热关断机制。粉体网：张老师，您能否给大家简要介绍一下凝胶原位固化工艺？张晓琨副研究员：凝胶原位固化工艺是凝胶电解质技术及其锂电池应用的关键，是解决工艺一致性和界面兼容性等问题的有效途径。简单地说，就是在完成锂电池电芯组装后，通过温度等外场作用，或者电池化成过程中的热力学和电化学环境，诱导凝胶电解质中的液相成分发生反应，在电极表面原位形成稳定性较高的固态离子导体，从而提供高稳定、低阻抗的电极-电解质界面。这个过程比较复杂，要实现精确可控的原位固化反应和工艺，需要精巧的电解质成分设计和新型添加剂的成功开发。粉体网：张老师，凝胶电解质的发展趋势如何？您怎么看待它的前景？张晓琨副研究员：凝胶电解质技术的发展趋势，刚才讨论它的研究热点时，其实已经讨论了一些。凝胶电解质作为一种复合材料体系，我认为它的设计灵活性和调控空间非常大，通过其中聚合物骨架材料和结构、锂盐及其溶剂和各类添加剂的优化和开发，以及原位固化工艺的发展，能够同时实现高离子电导率、力学强度、宽电压窗口以及阻燃等功能，并解决电池产线工艺兼容性和适用性问题。这里面还需要做大量的研究工作。从我个人的角度来看，目前，基于电解液的锂电池技术，已经很难满足未来各类应用对于电池能量密度和安全性的要求。基于陶瓷固体电解质、聚合物固体电解质等的全固态电池，虽然在大家努力之下取得了长足的进展，我本人也做一些这方面的研究。但是，还有一系列基础问题没有真正解决，瞄准产业规模应用的关键技术难题就更多了。凝胶电解质作为一种复合体系，能够通过其中各种组分和微纳复合结构设计，实现离子传导性、稳定性和力学特性等性能的解耦调控和协同优化。面向未来高能高安全大容量锂电池技术的发展需求，凝胶电解质的前景还是非常广阔的。
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在半导体芯片设备中，精密陶瓷零部件的成本约占10％左右，当前市场基本被美国、日本等发达国家垄断。如何实现光刻机等半导体设备中先进陶瓷部件的国产化，解决当前芯片行业“卡脖子”问题的重要一环，也是国内先进陶瓷企业面临的巨大机遇与挑战。
同时，随着新能源汽车、5G、人工智能、物联网等行业的蓬勃发展，以碳化硅、氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料产业规模不断扩大，先进陶瓷在半导体行业将迎来更大的应用市场。
在此背景下，第二届半导体行业用陶瓷材料技术研讨会将在江苏苏州举办，旨在为半导体和先进陶瓷行业搭建沟通平台，交流先进技术，互通行业信息，促进产业链合作，推动国产替代进程。
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