【會議報告】原子層沉積技術在固態電池中的應用和產業化進展

固態電池被視為下一代鋰電池技術的核心方向，憑借高能量密度、高安全性和寬溫區運行等顯著優勢，展現出巨大的應用潛力。與傳統液態鋰電池相比，固態電池的能量密度可提升40–50%，并能夠有效避免電解液泄漏和熱失控風險。然而，固態電池產業化仍受到其界面問題制約。

全固態電池電極-固態電解質之間的界面，容易存在嚴重的化學/電化學副反應，導致巨大的界面阻抗，并消耗活性鋰，造成容量衰減，影響全固態電池的循環壽命、倍率性能及可靠性。

固態電池正、負極和電解質材料的表面包覆，可有效改善固態電池的界面問題，改善界面處的電荷轉移，防止接觸損失，降低界面電阻。傳統包覆方法如溶膠-凝膠、化學氣相沉積雖然能一定程度上緩解界面問題，但存在涂層不均勻、厚度難以控制、對復雜多孔結構適應性差等缺陷。

原子層沉積技術（Atomic Layer Deposition, ALD）有望有效解決全固態電池界面問題。

原子層沉積（ALD）是一種基于有序、表面自飽和反應的薄膜或納米顆粒生長技術，屬化學氣相沉積技術領域。通過前驅體交替暴露于襯底表面，可以在原子水平精準控制薄膜的厚度和組成。自上世紀七十年代ALD技術被首次研發以來，該技術已被廣泛應用于半導體、催化、儲能、醫療等領域。隨著更多種類前驅體的不斷發現和新型ALD技術的開發，ALD作為一項先進的表面包覆技術在電池領域展現出廣闊的應用前景。

使用原子層沉積（ALD）可以在正極、負極和固態電解質表面包覆一層很薄的界面緩沖層，隔絕反應，改善界面穩定性、降低阻抗、提升機械與化學兼容性。

ALD在正極材料中的應用

LiCoO₂（LCO）以其高體積能量密度和良好導電性，主導消費電子市場。然而，目前商用LCO的充電截止電壓通常限制在4.3–4.5V（vs. Li/Li⁺），實際比容量僅為150–180mAh/g，遠未達到274mAh/g的理論值。將電壓提升至4.7V可顯著提高容量和能量密度，但會引發表面副反應加劇和嚴重的不可逆相變，導致電化學性能急劇下降。

來自江漢大學李煜宇副教授、李兆槐副教授、解明教授和澳大利亞伍倫貢大學彭建副研究員通過基于粉末原子層沉積（ALD）的精準納膜包覆和摻雜（PNCD）技術，在商用LCO表面精準構筑了一種集合了超薄LiAlO₂包覆層和Al元素梯度摻雜的新型多功能表面結構，該結構同時抑制LCO與電解液之間的副反應和體相不可逆相變，實現了LCO正極材料在4.7V高截止電壓下的電化學性能突破。

ALD在負極材料中的應用

鋰金屬負極因其較高的理論比容量（3860 mAh g^?1）和最低的還原電位?3.04V（vs. SHE）被視為負極材料中的“圣杯”。但鋰金屬本身的高化學/電化學反應活性導致其在電化學沉積/剝離過程中極易發生針狀鋰枝晶的生長，使鋰金屬電池面臨內短路的安全隱患。

江漢大學李兆槐、李煜宇、解明教授團隊聯合浙江大學陸俊教授以及美國阿貢國家實驗室李堅濤研究員利用原子層沉積技術（ALD）在碳納米管表面構筑“溫和”親鋰位點，設計出超薄高導電中間層，首次提出“溫和”鋰吸附位點可優化鋰沉積行為，并協同三維導電網絡激活“死鋰”，為高能量密度鋰金屬電池的產業化提供了新思路，有助于鋰金屬負極領域的研究及實際應用。

針對固態電池產業化發展現狀，中國粉體網聯合合源鋰創、江蘇省企業發展工程協會將于2025年9月23-24日在江蘇· 蘇州舉辦第七屆高比能固態電池關鍵材料技術大會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作。屆時，來自江漢大學的解明教授將作題為《原子層沉積技術在固態電池中的應用和產業化進展》的報告。

專家簡介：

解明，國家海外高層次人才特聘教授、湖北省特聘專家、國務院重點華僑華人創業團隊帶頭人。先后在美國能源部阿貢國家實驗室、科羅拉多大學、新能源國家實驗室、江漢大學，主要從事微納顆粒表界面原子層級制造技術和納米纖維隔膜的研究與應用。目前，解明教授在國際知名雜志上發表論文50余篇，參與/主持工信部、科技部和省級多項顛覆性重點研發計劃、重大專項，研究經費近4000萬元。牽頭建立《原子層沉積粉體包覆設備》團體標準和《超級電容器紙》行業標準。獲授權發明專利57項。獲得省部級科技獎一等獎2項、二等獎8項，其他創新創業類獎項20余項。創辦的公司融資超過1億元，估值4.5億元。

參考來源：

能源學人《江漢大學、伍倫貢大學Angew：粉體原子層沉積（ALD）實現 4.7 V鈷酸鋰正極！》

科學材料站《江漢大學第一單位最新Nature communications：具備死鋰激活效應的中間層應用于Ah級超高鎳鋰金屬電池》

復納科技《從界面難題到產業化：ALD 技術助力固態電池新紀元》

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