报告主题：基于中子表征方法的固态电解质材料晶体场设计与界面工程策略研究

主讲人：韩松柏研究员（南方科技大学）

主持人：赵若

时 间：2024年6月25日周二10：30

地 点：深圳大学致知楼207

嘉宾简介：

韩松柏，目前担任前沿与交叉科学研究院-电化学储能平台与中子科学中心主任，深圳市固态电池研发重点实验室主任，深圳市材料基因组大科学装置-中子科学平台负责人，深圳国家应用数学中心兼聘研究员，深圳市技术攻关重大项目负责人，广东省创新创业团队核心成员，曾任中核集团中子散射重点实验室常务副主任。承担20余项科研项目，包括：国家科技部重点研发专项课题负责人（2项）、国家基金委重大仪器项目（2项）/面上项目（2项）负责人，以及省、市重大项目多项。基于高通量中子源，主持并参与建设8台中子谱仪，重点发展中子表征技术在全固态电池等新能源材料研究中的应用，发表文章130余篇（包括Nat Commun., JACS, Natl. Sci. Rev.等通讯作者），申请发明专利60余项，编制国家标准3项和行业/协会标准4项，获北京市科技进步二等奖和中国专利奖优秀奖。

报告摘要：

全固态锂金属电池被喻为“电池技术的圣杯”，其无与伦比的高性价比必将掀起一场动力电池产业革命。固态电解质材料是决定全固态锂电池性能的关键,而目前其综合性能指标远未达到固态电池大规模商用的需求。晶体结构调控是提高离子导电性的有效手段，已成功通过结构参数优化而大幅提高了锂离子导电率。但是，在结构上决定锂离子输运性能的通用机制尚不明确。全固态锂金属电池的应用面临着另一个严重问题是电极/电解质界面的不兼容性，引发接触不良阻抗过高、界面反应及锂枝晶生长等，界面问题已然成为限制全电池性能的关键因素。因此，固态电池体相与界面的构效机制需要先进的表征方法进一步研究和揭示。

由于中子与原子核相互作用，中子的散射长度与原子序数无关，具有高穿透能力，与物质弱相互作用，特别是对锂元素敏感，这些独特优势使得中子技术成为锂离子电池原位机理研究的必备工具。中子大科学装置为探索电池运行期间涉及的各种相互关联的多尺度、多反应过程提供了不可替代的手段。中子表征技术可以高分辨、全尺度实时监测电池循环过程中电极和电解质内部的化学、形态和结构的多重动态演化；获取锂离子电池内部跨越原子、介观和宏观尺度以及涵盖静态和动态的综合信息，包括晶体结构变化、缺陷与无序产生、离子动力学、晶格动力学等；揭示锂离子电池内部的动态过程，包括锂离子传输路径、锂金属负极和电解质之间的界面演化（SEI的生成、锂枝晶的生长）。在过去的十年中，研究人员基于中子粉末衍射、中子对分布函数、小角中子散射、中子反射、中子成像、中子深度剖析、准弹性中子散射和非弹性中子散射等中子表征技术，测量电池循环期间纳米、微米及毫米级的结构、形态和化学变化，开展了高时空分辨和全时空尺度研究，为高安全、高性能全固态锂金属电池的研发提供了重要的理论和实验依据。

本报告通过阴、阳离子掺杂/取代调控晶体结构以提高离子导电性，基于中子表征技术揭示固态电解质中快离子传导的机理；同时，表征分析锂金属与固体电解质间的界面反应与锂枝晶生长的机理及其抑制策略，为设计下一代锂电池固态电解质提供重要的理论指导。