人物专访：复旦大学固态电池材料的研究概况

访问对象：

复旦大学 材料科学系 王飞教授

王飞教授 履历

· 2023-2024，复旦大学，材料科学系，教授

· 2020-2023，复旦大学，材料科学系，青年研究员

· 2018-2020，麻省理工学院，材料科学与工程系，博士后

· 2015-2018，马里兰大学，化学与生物分子工程系，博士后

· 2010-2015，复旦大学，化学系，博士

王飞教授主要研究方向：

1.固态电解质

2.高电压水系电池及相关电解液体系

3.高安全性有机锂/钠离子电池电解液

王飞教授专访记录：

东扬精测（TOYO）：

关于复旦大学材料科学系在电池材料领域的各种研究课题与方向（特色部分）能介绍一下吗？

王飞教授:

复旦大学材料系对电池的各种材料研究都有涉及，其中较为有特色的是钠电池和全固态电池。针对固态电池，我们以氧化物及氢化物电解质为主，氢化物材料的研究在国内尚不多见，是我们的特色之一。

东扬精测（TOYO）：

请问教授您是研究哪类电池材料体系？这种材料相比当前普通材料有哪些特点和优势？

王飞教授:

除了钠电池和锂电池的硅负极外，我主要研究全固态电池，特别是以氢化物为主的电解质材料，氢化物材料相对于氧化物和硫化物的优势是对金属锂比较稳定，加工性好，成本较低，具备成为高安全和高性价比电池的潜力。

东扬精测（TOYO）：

您在固态电解质方面的研究引起了广泛关注，您能分享一下您的团队在这个领域的主要进展，突破，以及面临的挑战课题吗？

王飞教授:

针对固态电池材料，特别是氢化物电解质，我们正在研究电极和电解质材料的组合配方，就像我们为什么始终要测界面的性质，就是不同的电解质，不同的正负极，组合形成的界面是不一样的，需要我们不断地进行各种材料组合的尝试。然后，在电导率改善上，我们主要通过体相结构的调控来提高材料的离子电导率，除了体相调整之外，我们还通过转化反应在电解质和负极之间形成新的材料层来减少金属锂枝晶的生长，并改善界面的接触性能。

目前面临的挑战是离子电导率比较低，枝晶的生长也比较严重，目前对氢化物体系的枝晶生长的机理仍然不是特别的明确，所以抑制难度比较大，这是当前最大的一个课题。

关于全固态电池材料的EIS测试经验以及LN-Z2-HF高频阻抗设备的使用感受

东扬精测（TOYO）：

在研究电池材料的电化学性能，特别是阻抗分析上，您的团队主要运用哪类测试方法和测试设备能简单介绍一下吗？在材料的阻抗测试上有什么难点或课题吗？

王飞教授:

我们的测试设备比较多样，主要品牌有Biologic，GAMRY，Solartron和一些国产设备，这些设备主要用作电化学反应测试和阻抗测试，在阻抗测试时这些设备很难与变温控制设备做系统结合，往往在自己搭配的变温系统上又发生阻抗精度的问题，然后在高频区阻抗有效信号衰减严重，无法得到理想数据。

我了解高频阻抗对于固态电解质测试的重要性，过去在美国MIT做研究的时候，我们在实验室里利用高频的示波器来测试固态材料，虽然得到一些效果，但是需要人工计算波形数据，对于精度和效率来说是一个问题。

东扬精测（TOYO）：

您的团队是否使用过我司的LN-Z2-HF高频阻抗设备？关于此设备对您课题研究的作用，使用效果和期待改善的地方，可以简单分享一下吗？

王飞教授:

LN-Z2-HF高频阻抗设备在高频区的测试数据十分清晰，对我们的研究来说非常重要，特别是我们在研究新材料的时候需要这个设备来区分样品的晶粒电阻和晶界电阻，帮助我们了解材料单体的阻抗本征特性。在明确了材料的本征特性后，我们就可以鉴别变温或变压时的阻抗变化是由颗粒本身的变化引起的，还是颗粒间的相互作用引起的，最终引导我们确定最优的材料制备方法和生产工艺。

然后，设备的全自动温控功能可以方便我们找到最佳的阻抗圆弧观察条件，并通过大范围的温度变化了解材料的温度特性，绘制活化能曲线。这些都是此套系统独特的优势。

不过，为了应对各种新材料的长时间变温变压的测试环境，我们期待本系统的样品夹具的耐久性和抗腐蚀能力可以得到进一步的加强。同时，我们也期待该设备可以和其他的透射类测试设备（如透射或扫描电镜）连用，做到全方位的电化学综合分析。

   王飞教授使用LN-Z2-HF高频阻抗设备的场景

王飞教授团队[高能球磨法制备无定形钠离子卤化物固态电解质]的高频阻抗测试应用案例

对全固态电池行业发展的展望

东扬精测（TOYO）:

您的研究领域涉及到新型电化学储能材料，对于未来能源存储和碳中和目标的实现有着重要意义。您能谈谈您对新型电化学储能材料的前景和应用场景的看法吗？

王飞教授:

新能源的规模一定会越来越大，而以高能量密度/低成本,或高安全/低成本为特征的新型电池应该更会受到研究者或市场的青睐，主要应用场景有很多，最近比较受关注的是低空经济和大型工商业储能。我们期待固态电池，特别是以安全性为特长的氢化物体系电池在这些领域的成长。

东扬精测系统（上海）有限公司

市场部

2024年8月