硅酸盐黏土复合固态电解质：新能源领域高值化应用的重要方向——专访中国科学院兰州化物所副研究员杨燕飞

粉体网 · 公众号 · · 2025-03-22 10:30

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2025年3月18日到19日，由中国粉体网主办的2025全固态电池技术交流大会暨第一届干法电极技术研讨会在安徽蚌埠隆重召开，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。本期为您分享的是中国粉体网对 中国科学院兰州化学物理研究所副研究员杨燕飞 的专访。

中国粉体网：杨老师，请您简单介绍一下你们课题组，以及近年来在固态电池领域的研究成果。

杨老师： 我们团队硅基功能材料组隶属于中科院兰州化学物理研究所资源能源中心，由张俊平研究员领衔，主要聚焦硅酸盐黏土与有机硅润湿性涂层的应用基础研究，涵盖仿生超疏液涂层、锂电池隔膜/固态电解质、太阳能界面蒸发材料等方向。

在固态电池研究方面，我们结合黏土矿物特色资源，围绕国家能源重大需求，开展了一系列创新研究。前期，我们开发了一系列黏土矿物功能化锂电池隔膜，揭示了纳米结构、表面化学特性及其对锂电池性能的调控机制（Angew Chem Int Ed、Adv Energy Mater等）。在此基础上，我们系统研究了五种不同微观结构的黏土矿物对聚合物复合固态电解质性能的影响，发现纳米片状蒙脱石因其边缘正电荷可促进锂盐解离，形成快速锂离子传输通道。通过丁二腈-锂盐插层改性蒙脱石，我们成功制备了高效锂离子导体材料，大幅提升PEO基复合固态电解质的综合性能，并阐明了其锂离子捕获及界面稳定化机理（Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Lett.等）。

为突破传统纳米填料难以形成连续锂离子传输通道的瓶颈，我们受神经元结构启发，创新性地在蒙脱石表面原位生长有机硅纳米线，构建SNFs@蒙脱石超疏水复合材料。该材料显著提高了PEO基固态电解质的离子电导率、迁移数及氧化稳定性。研究表明，蒙脱石作为锂离子富集枢纽，而SNFs-PEO界面形成的长程连续通道提供了高效传输路径。进一步在SNFs表面引入电负性官能团，增强了氢键网络稳定性，为高性能固态电解质提供了新思路。

中国粉体网：杨老师，请您介绍一下什么是 硅酸盐黏土复合固态电解质？它具有哪些优势？

杨老师： 硅酸盐黏土复合固态电解质是以硅酸盐黏土为主体，通过聚合物基体及功能化纳米材料复合构建的新型电解质体系，在固态电池领域展现出独特优势：（i）高离子导电性：独特的纳米片状结构可构建丰富的Li⁺传输通道，显著提升电解质离子电导率;（ii）优异力学性能：通过合理设计，实现刚柔并济，有效适应电池充放电过程中的体积变化，提升循环稳定性;（iii）界面稳定性：良好的聚合物-无机材料相容性，有助于形成稳定的界面相，提高电化学稳定性。

与传统无机填料相比，硅酸盐黏土纳米材料具有以下独特优势：（i）表面丰富的氧活性位点可通过路易斯酸碱相互作用促进锂盐解离，增加自由Li⁺浓度；（ii）天然纳米结构可同时增强材料的机械性能；（iii）具有来源广泛、成本低廉、环境友好等特点，符合可持续发展理念。这些特性使硅酸盐黏土成为制备高性能复合固态电解质的理想选择，为下一代固态电池的发展提供了新的材料体系。

中国粉体网：杨老师，您团队通过有机硅纳米线@蒙脱石超疏水纳米填料与聚合物电解质复合形成硅酸盐黏土复合固态电解质，它的构筑机理是什么？

硅酸盐黏土复合固态电解质：新能源领域高值化应用的重要方向——专访中国科学院兰州化物所副研究员杨燕飞

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