四川安高特電科技有限公司01高熵固態(tài)電池材料研究思路02高熵固態(tài)電池材料開發(fā)進(jìn)展03高熵固態(tài)電池材料應(yīng)用進(jìn)展鋰電池行業(yè)的挑戰(zhàn)與機(jī)遇“安全不高能、高能不安全”已成為制約鋰電行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)問(wèn)題2023年不同系統(tǒng)能量密度鋰電池占比160Wh2023年不同系統(tǒng)能量密度鋰電池占比160Wh/KG以上16.7%140Wh/KG-160Wh/KG30.3%125Wh/KG以下7.0%140Wh/KG46.0%83.3%鋰電池系統(tǒng)能量密度低于160Wh/kg能量密度上不去，成本就難以降低，導(dǎo)致紅海市場(chǎng)?鋰電產(chǎn)業(yè)機(jī)遇：2023年萬(wàn)億級(jí)產(chǎn)業(yè)，2030年將達(dá)到10萬(wàn)億級(jí)?中國(guó)鋰電產(chǎn)能：2023年已建成約1900GWh，開工率不足50%；已批復(fù)在建或待建產(chǎn)能約3000GWh?鋰電能量密度：2023年系統(tǒng)能量密度超過(guò)160Wh/kg的只有16.7%?鋰電行業(yè)痛點(diǎn)：受制于安全和成本問(wèn)題，鋰電池市場(chǎng)已經(jīng)成為紅海市場(chǎng)?行業(yè)痛點(diǎn)根因：傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池“安全不高能、高能不安全”，為了保障安全不得不犧牲能量密度，而能量密度上不去，成本就難以降低，只能依靠規(guī)模效應(yīng)和供應(yīng)鏈降本，進(jìn)一步導(dǎo)致了低水平重復(fù)建設(shè)和價(jià)格戰(zhàn)固態(tài)電池是未來(lái)趨勢(shì)固態(tài)電池固態(tài)電池固態(tài)鋰電池更安全、更高能、更低成本固態(tài)電池關(guān)鍵材料需求高鎳三元富鋰錳基……正極高比能量固態(tài)鋰電池更安全、更高能、更低成本固態(tài)電池關(guān)鍵材料需求高鎳三元富鋰錳基……正極高比能量穩(wěn)定不釋氧動(dòng)力學(xué)活潑l能量密度高（設(shè)計(jì)l安全性能好l工作溫域?qū)抣循環(huán)壽命長(zhǎng)LLZO……固體電解質(zhì)高離子電導(dǎo)LLZO……固體電解質(zhì)高離子電導(dǎo)寬電壓平臺(tái)高界面適配硅基鋰金屬……負(fù)極高比能量低放電平臺(tái)穩(wěn)定不析鋰液態(tài)電池l理論能量密度難以l存在安全問(wèn)題l低溫性能差、高溫不安全l循環(huán)壽命短固態(tài)電池進(jìn)入高速發(fā)展期固態(tài)電解質(zhì)?M.S.Whittingham研制了首個(gè)鋰電池沉寂期固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)進(jìn)展緩慢固態(tài)鋰電池技術(shù)無(wú)實(shí)質(zhì)性突破Wafburg發(fā)現(xiàn)固態(tài)離子導(dǎo)體固態(tài)電解質(zhì)?M.S.Whittingham研制了首個(gè)鋰電池沉寂期固態(tài)電解質(zhì)材料研發(fā)進(jìn)展緩慢固態(tài)鋰電池技術(shù)無(wú)實(shí)質(zhì)性突破?氧化物、硫化物、聚合物等固體電解質(zhì)材料技術(shù)取得長(zhǎng)足發(fā)展?涌現(xiàn)了一批固態(tài)鋰電池初創(chuàng)企業(yè)?固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化打?固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化打通，初創(chuàng)企業(yè)換代，產(chǎn)業(yè)鏈、生態(tài)鏈逐步形成，進(jìn)入產(chǎn)能規(guī)劃時(shí)代液體電解質(zhì)液體電解質(zhì)快速快速?鋰電池諾貝爾獎(jiǎng)?形成萬(wàn)億級(jí)鋰電產(chǎn)業(yè)?鋰電池諾貝爾獎(jiǎng)?形成萬(wàn)億級(jí)鋰電產(chǎn)業(yè)（全球）?傳統(tǒng)鋰電產(chǎn)能出現(xiàn)過(guò)剩吉野彰發(fā)明石墨負(fù)極及適配電解液，鋰離子電池技術(shù)突破?SONY發(fā)布商用鋰離子電池產(chǎn)品鋰枝晶生長(zhǎng)誘發(fā)多次燃燒爆炸事故“先驅(qū)”“先烈”?J.B.Goodenough提出鈷酸鋰正極材料界面穩(wěn)定問(wèn)題固-固界面點(diǎn)接觸導(dǎo)致接觸電阻大、界面穩(wěn)定問(wèn)題固-固界面點(diǎn)接觸導(dǎo)致接觸電阻大、孔洞存在，降低電池能量密度循環(huán)中材料體積變化導(dǎo)致裂紋，固-固界面脫離，加速電池性能衰減固態(tài)電池的發(fā)展瓶頸界面接觸問(wèn)題枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題固-固界面離子傳輸受限，晶界傳導(dǎo)和界面阻抗大枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題固-固界面離子傳輸受限，晶界傳導(dǎo)和界面阻抗大不穩(wěn)定的界面導(dǎo)致枝晶生長(zhǎng)，進(jìn)一步引發(fā)安全問(wèn)題界面?zhèn)鬏攩?wèn)題本質(zhì)上仍是材料電化學(xué)活性與熱力學(xué)穩(wěn)定性的矛盾高熵概念的演化狹義高熵—多組元單相固溶體廣義高熵—多組元組分含量定義nmajor組分含量定義nmajor≥55at%≤ci≤35at%存在組分含量nmajor=25ci≤4%Δsconf≥3.2R5at%≥cminor與原定義不符合高熵：Δsconf≥1.5R與原定義不符合中熵：1R<Δsconf＜1.5R低熵：Δsconf＜1R?顯著降低自由能?增強(qiáng)元素間互溶性?比有序相更穩(wěn)定AA4?抑制元素?cái)U(kuò)散?抑制組分間相互作用?抑制成核和生長(zhǎng)?相分離困難?納米晶體形成?力學(xué)性能增強(qiáng)?多種元素協(xié)同作用?保留元素基本特性?保留元素微觀結(jié)構(gòu)高熵概念的演化不僅要原子結(jié)構(gòu)無(wú)需，還要不僅要原子結(jié)構(gòu)無(wú)需，還要化學(xué)上無(wú)序。合金主元越多，越混亂，非晶形成能力就越高。學(xué)家提出了著名的長(zhǎng)程有序破壞學(xué)家提出了著名的長(zhǎng)程有序破壞、短程有序、力學(xué)性能好日本學(xué)者井上經(jīng)驗(yàn)三原則：合金合金體系包含三種日本學(xué)者井上經(jīng)驗(yàn)三原則：合金合金體系包含三種以上主元主元與主元之間的原子尺寸至少超過(guò)12%主元與主元間有混合焓1963年首次晶硅體系中發(fā)現(xiàn)了非晶化體系，XRD得到饅頭峰。隨著對(duì)高熵的理解和利用1963年首次晶硅體系中發(fā)現(xiàn)了非晶化體系，XRD得到饅頭峰。高熵策略在鋰電材料中的應(yīng)用案例：高熵正極Li(NiMnCoFeTi)O案例：高熵正極Li(NiMnCoFeTi)O電壓~3.6V→4.4V?增強(qiáng)元素間互溶性?比有序相更穩(wěn)定熱力學(xué)穩(wěn)定性高熵效應(yīng)自由能降低晶格結(jié)構(gòu)力熱電化穩(wěn)定安全、長(zhǎng)壽、熱力學(xué)穩(wěn)定性高熵效應(yīng)自由能降低晶格結(jié)構(gòu)力熱電化穩(wěn)定安全、長(zhǎng)壽、自愈nmajor≥5,5at%≤ci≤35at%電化學(xué)活性雞尾酒效應(yīng)電子云疊加能帶結(jié)構(gòu)量子隧道效應(yīng)高能、快充、低溫電化學(xué)活性雞尾酒效應(yīng)電子云疊加能帶結(jié)構(gòu)量子隧道效應(yīng)高能、快充、低溫f案例：高熵負(fù)極f案例：高熵負(fù)極(MgCoNiCuZn)0.2Oi 容量~1585mAh/g@0.1A/g 容量~1585mAh/g@0.1A/g?保留元素基本特性?保留元素微觀結(jié)構(gòu) 高熵策略在鋰電材料中的應(yīng)用高熵策略在鋰電材料中的應(yīng)用高熵策略在鋰電材料中的應(yīng)用抑制釋氧穩(wěn)定晶格改善界面促進(jìn)離子遷移改善擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性抑制釋氧穩(wěn)定晶格改善界面促進(jìn)離子遷移改善擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高熵正極多金屬摻雜多金屬摻雜表面包覆表面包覆高熵釘扎高熵釘扎高熵電解質(zhì)多主元混合多主元混合多離子鹽混合多離子鹽混合元素取代元素取代高熵負(fù)極構(gòu)型熵調(diào)控構(gòu)型熵調(diào)控高熵復(fù)合高熵復(fù)合多元金屬協(xié)同多元金屬協(xié)同01高熵固態(tài)電池材料研究思路02高熵固態(tài)電池材料開發(fā)進(jìn)展03高熵固態(tài)電池材料應(yīng)用進(jìn)展自研新一代高熵電池材料自研新一代高熵電池材料穿刺后正極不釋氧穿刺后正極不釋氧高熵納米鋰電材料高熵納米鋰電材料電解質(zhì)不燃負(fù)極不析鋰高電壓下體相形變、界面副反應(yīng)、晶格氧參與電荷補(bǔ)償、表面結(jié)構(gòu)變化嚴(yán)重，限制了正極材料容量發(fā)揮材料表面結(jié)構(gòu)是影響材料性能發(fā)揮最主要的因素電極裂紋、粉化不可逆相變與巴莫等行業(yè)內(nèi)龍頭企業(yè)建立長(zhǎng)期合作釘扎效應(yīng)阻止表面結(jié)構(gòu)不利的位錯(cuò)滑移高熵納米材料構(gòu)筑氧空位，抑制氧釋放，提升材料電化學(xué)穩(wěn)定性刀高熵材料釘扎阻礙山體滑坡釘扎阻礙材料解體自研高熵納米材料，用于改性修飾正極?高熵納米材料改性修飾鈷酸鋰—HEO-LCO?Nano-HEO：Li(LaTiZrCo高容量保持率高倍率性能良好界面穩(wěn)定性Bare-LCO循環(huán)后SEM圖HEO-LCO循環(huán)后SEM圖抑制表面開裂，保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高熵材料包覆鈷酸鋰表面形成高熵區(qū)抑制了層狀→尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變HEO-LCO結(jié)構(gòu)穩(wěn)定u高熵負(fù)極元素成分篩選及預(yù)測(cè)根據(jù)已有數(shù)據(jù)庫(kù)、文獻(xiàn)建立大型高熵材料數(shù)據(jù)庫(kù)依據(jù)性能、結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性指標(biāo)進(jìn)行高通量計(jì)算篩選u納米高熵負(fù)極配方設(shè)計(jì)及制備液相低溫合成技術(shù)，快速篩選核心工藝參數(shù)多維調(diào)控高熵氧化物材料結(jié)構(gòu)-性能構(gòu)效關(guān)系高通量計(jì)算結(jié)合密度泛函理論（DFT）、分子動(dòng)力學(xué)模擬（MD）和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，可以快速篩選出符合要求的元素組合精準(zhǔn)調(diào)控成分和工藝等參數(shù)多維調(diào)控高熵氧化物負(fù)極性能高熵納米配方設(shè)計(jì)開發(fā)滿足高可高熵納米配方設(shè)計(jì)開發(fā)滿足高可逆容量的尖晶石結(jié)構(gòu)高熵負(fù)極0.5A/g循環(huán)500圈后可逆容量為447.3mAh/g，容量保持率為88.7%高熵負(fù)極材料制備制備基于高熵高熵負(fù)極材料制備制備基于高熵效應(yīng)的高穩(wěn)定尖晶石結(jié)構(gòu)負(fù)極Y濃度摻雜提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，改善LTO倍率和循環(huán)性能孿晶結(jié)構(gòu)+高熵策略抑制尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變榫卯結(jié)構(gòu)共格孿晶榫卯結(jié)構(gòu)共格孿晶實(shí)現(xiàn)近零應(yīng)變特性孿晶結(jié)構(gòu)+高熵?fù)诫s孿晶結(jié)構(gòu)+高熵?fù)诫s實(shí)現(xiàn)近零應(yīng)變高熵氧化物負(fù)極大電流下循環(huán)1000次容量為162mAh/g高熵固態(tài)電解質(zhì)：電子云疊加的雞尾酒效應(yīng)高熵固態(tài)電解質(zhì)：電子云疊加的雞尾酒效應(yīng)有序與無(wú)序離子點(diǎn)位勢(shì)壘離子擴(kuò)散勢(shì)壘高熵效應(yīng)使得電解質(zhì)中鋰離子原本無(wú)法躍遷點(diǎn)位的勢(shì)壘降低降低了離子擴(kuò)散所需的活化能，使離子導(dǎo)電率指數(shù)級(jí)增加√高熵原位固化電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到0.41mScm-1，鋰離子遷移數(shù)達(dá)到0.881√高熵原位固化電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到0.41mScm-1，鋰離子遷移數(shù)達(dá)到0.881化學(xué)穩(wěn)定窗口達(dá)到5.1V√LFP/Li全電池在25°C，900次循環(huán)容量保持率為84.1%√高熵納米添加劑使離子電導(dǎo)率提升1個(gè)數(shù)量級(jí)√高熵復(fù)合電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率達(dá)1.6×10-3Scm-1高熵固態(tài)電解質(zhì)案例√分子設(shè)計(jì)+高熵?fù)诫s實(shí)現(xiàn)耐高電壓阻燃電解質(zhì)√匹配高電壓LCO/Li體系，300次循保持率86.3%，針刺試驗(yàn)不冒煙、不爆炸01高熵固態(tài)電池材料研究思路02高熵固態(tài)電池材料開發(fā)進(jìn)展03高熵固態(tài)電池材料應(yīng)用進(jìn)展高安全性，打破“安全不高能，高能不安全”的發(fā)展困局采用5種以上元素組成的高熵材料，同時(shí)滿足熱力學(xué)穩(wěn)定性(安全)和高安全性，打破“安全不高能，高能不安全”的發(fā)展困局采用5種以上元素組成的高熵材料，同時(shí)滿足熱力學(xué)穩(wěn)定性(安全)和1更低成本，采用創(chuàng)新研發(fā)路徑實(shí)現(xiàn)新材料進(jìn)度加速與成本大幅降低更低成本，采用創(chuàng)新研發(fā)路徑實(shí)現(xiàn)新材料進(jìn)度加速與成本大幅降低2更高效率，原位固化工藝可更高效率，原位固化工藝可直接改造液態(tài)鋰電現(xiàn)有成熟產(chǎn)線3顛覆性創(chuàng)新，突破常規(guī)固態(tài)鋰電池技術(shù)瓶頸顛覆性創(chuàng)新，突破常規(guī)固態(tài)鋰電池技術(shù)瓶頸4接力式離子傳輸電導(dǎo)率高、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（高強(qiáng)、高韌、阻高性能表現(xiàn)，能量密度翻倍，重量、體積、成本減半高性能表現(xiàn)，能量密度翻倍，重量、體積、成本減半5嚴(yán)密的產(chǎn)品體系及技術(shù)代次，創(chuàng)新不同應(yīng)用場(chǎng)景下高熵正負(fù)極、高熵固態(tài)電池：高熵納米復(fù)合配方及原位固化工藝高熵材料組分：塑性無(wú)機(jī)鋰鹽、氧化物電解質(zhì)、交聯(lián)樹脂、阻燃微膠囊、離子超導(dǎo)添加劑、動(dòng)態(tài)創(chuàng)新點(diǎn)二完全兼容成熟工藝設(shè)備“浸潤(rùn)”+“化成”+“固化”創(chuàng)新點(diǎn)二完全兼容成熟工藝設(shè)備“浸潤(rùn)”+“化成”+“固化”創(chuàng)新點(diǎn)一接力式離子傳輸電導(dǎo)率高“游泳”+“跳躍”+“滑冰”創(chuàng)新點(diǎn)四原子級(jí)界面接觸低阻、高彈、創(chuàng)新點(diǎn)四原子級(jí)界面接觸低阻、高彈、阻隔創(chuàng)新點(diǎn)三鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高強(qiáng)、高韌、阻燃彈性好韌性好打火機(jī)點(diǎn)不著彈性好韌性好高熵固態(tài)電池：原位固化工藝賦能產(chǎn)線技術(shù)升級(jí)常規(guī)液態(tài)鋰電池工藝●●●●●●●●●●●●高熵復(fù)合原位固化工藝（第一代）●●●●●●●片●沖坑●●●烘烤●注液●固化●老化●二封●分容●檢測(cè)●將鋰電池制造過(guò)程中的傳統(tǒng)化成步驟改造升級(jí)為多場(chǎng)耦合原位固化改造成本低建造周期短產(chǎn)品性能好發(fā)揮高熵固態(tài)鋰電池安全、高能、寬溫域、長(zhǎng)壽命、低成本等優(yōu)勢(shì)300Ah-5000Ah-70℃~200Wh/kg~700Wh/kg電源系統(tǒng)-70℃~200Wh/kg~700Wh/kg電源系統(tǒng)固態(tài)電芯不燃不爆，循環(huán)10年以上高熵固態(tài)電池：原位固化工藝賦能產(chǎn)線技術(shù)升級(jí)常規(guī)液態(tài)鋰電池工藝●●●●●●●●●●●●高熵復(fù)合原位固化工藝（第一代）●●●●●●●片●沖坑●●●烘烤●注液●固化●老化●二封●分容●檢測(cè)●將鋰電池制造過(guò)程中的傳統(tǒng)化成步驟改造升級(jí)為多場(chǎng)耦合原位固化改造成本低建造周期短產(chǎn)品性能好晶圓半導(dǎo)體固態(tài)電池干法層壓固