固态材料

中国科学院院士、中国科学技术大学教授郭光灿团队在二维范德瓦尔斯材料固态自旋色心领域取得重要进展。该团队李传锋、唐建顺研究组与匈牙利魏格纳物理研究中心教授AdamGali等合作，实验研究并理论解释了六方氮化硼（hexagonalboronnitride，hBN）中带负电硼空位（VB-）色心受磁场调制的自旋相干动力学行为，揭示了hBN中VB-色心电子自旋与核自旋之间的相干耦合和弛豫机制，这对发展基于二维范德瓦尔斯材料的相干自旋系统及低维量子器件具有重要意义。9月29日，相关研究成果发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。 近年来，研究发现，宽禁带范德瓦尔斯材料hBN是室温自旋色心的优秀宿主。范德瓦尔斯材料通过简单的机械剥离便可制备为原子厚度的二维结构，且可与多种微纳结构相耦合，在低维量子器件制备和近场传感探测等方面比三维体材料具有天然优势，因而hBN中的自旋色心成为固态自旋色心领域的研究热点。目前，研究最广泛的hBN自旋色心为VB-色心，且集中于VB-的电子自旋，而对VB-电子自旋周围的核自旋缺乏深入研究及观测。由于色心周围的核自旋是固态自旋维度扩展的主要途径之一，且是造成固态自旋弛豫的主要因素。因此，VB-色心的电子自旋与周围核自旋耦合形成的多自旋体系的相干动力学研究，对推动基于范德瓦尔斯材料的固态量子自旋技术至关重要。本工作中，研究组使用中子辐照技术在hBN中制备出高浓度的VB-色心样品，并利用ODMR（optical probing magnetic resonance）技术探测VB-自旋能级结构，观测到VB-色心中电子自旋与3个最近邻14N核自旋相互作用产生的超精细劈裂以及14N核自旋偏振随磁场增强的极化现象。同时，研究组对VB-进行多项室温相干操控和探测，包括Rabi振荡、自旋回波、Ramsey干涉探测等。探测结果表明，VB-自旋受到明显的核自旋相干调制，且核自旋调制效应会随磁场增加而变强。为进一步揭示相关现象的内在动力学机制，研究组理论构建了VB-电子与最近邻14N核自旋组成的4自旋系统，并对该4自旋系统的多种动力学性质进行无参数（parameterfree）的理论模拟。结合实验与模拟结果，研究组发现VB-色心中存在较强的电子与核自旋相互作用，同时最近邻14N核自旋极化也受到显著的驱动微波动态调制。此外，研究组还在理论模拟中引入了包含127个14N和11B的多体核自旋环境，并模拟了与之相互作用的开放4自旋VB-系统的动力学行为。通过对照实验和理论结果，研究组发现11B核自旋环境主导了VB-色心的自旋弛豫，而磁场能够减弱核自旋环境的弛豫效应并增强VB-电子与最近邻14N的相干耦合。（a）VB-色心的原子结构示意图；（b）VB-色心的电子自旋能级结构；（c）不同磁场下VB-色心的ODMR信号；（d）不同磁场下VB-色心的Rabi振荡信号。该研究从实验和理论上揭示了VB-色心中存在显著的电子和最近邻14N核自旋相干耦合，以及多体11B核自旋环境导致的VB-色心自旋弛豫。该工作为将VB-相干操控自旋拓展至核自旋以及发展相关低维固态量子系统奠定了基础。研究工作得到科技部、国家自然科学基金、中科院和合肥国家实验室等的支持。

2021年3月11日，由中国粉体网联合中国颗粒学会能源颗粒材料专委会主办的“第二届高比能固态电池关键材料技术大会暨第四届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”在湖南长沙吉美国际会展酒店隆重开幕。来自全国各地300余名电池材料界专家和厂家代表参加了本次会议。丹东百特仪器有限公司携激光粒度仪和粉体综合特性测试仪参会，为电池厂家提供粒度、物性分析一站式解决方案。相较于传统的锂电池来说，全固态电池具有不易燃、无腐蚀性、不漏液等特性，从而提升了电池使用的安全性。它功率密度较低，能量密度较高，在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高，是电动汽车的理想电池。作为传统电池行业的一个新领域，全固态电池的开发是机遇，更面临着挑战。如何满足正负极和固体电解质的离子传输？循环过程中，正负极材料如何良好接触？金属锂电极的体积变化等都是研发团队需要克服的问题。在本次会议上，丹东百特技术总监李雪冰博士做了《固态电池中关键材料颗粒检测面临的问题和挑战》的报告。粒度分布作为电池行业质量把控的重要指标之一，样品分散、数据的稳定性一直是业内关注的焦点。李博士通过应用案例和实测数据就目前颗粒检测面临的问题做出详细分析，提供合理详尽的解决方案，赢得阵阵热烈的掌声。在仪器展示区，丹东百特展出了Bettersize2600激光粒度仪和BT-1001智能粉体特性测试仪。Bettesize2600激光粒度仪采用正反傅里叶技术，量程达到0.02-2600μm，高精度的数据采集与处理系统使测试结果达到同类进口仪器水平，它还具有一键式SOP智能化操作，十分钟就可以学会操作流程。BT-1001智能粉体特性测试仪可测试包含安息角、平板角、振实密度、松装密度、分散度、流动性等14个项目，通过自动控制技术、CCD摄像技术和触摸屏等现代技术，使粉体物性测试进入了科学化、智能化和精确化时代，是电池材料行业物性分析的标准仪器。 作为国内专业的粒度、粒形、粉体物性检测仪器的研究制造企业，丹东百特仪器有限公司始终致力于创新发展，在提供具有国际先进水平的粒度粒形分析仪器的同时，还为各个材料行业提供颗粒检测应用方案。未来，百特将继续发挥技术优势，助力电池材料行业蓬勃发展。

随着全球能源转型和新能源汽车产业的快速发展，固态电池作为一种具有高能量密度、长寿命、高安全性的新型电池技术，已经成为未来电池领域的重要发展方向。我国政府高度重视固态电池产业的发展，积极推动技术创新和产业布局。就在今年年初，国产第一块大容量高能量密度的纳米固态钠离子电池中试产品成功下线，标志着我国固态电池技术取得了重要突破。 国产纳米级固态钠离子电池技术特点1、高能量密度国产纳米级固态钠离子电池采用了先进的纳米材料技术，使得电池具有较高的能量密度。相比传统的液态锂离子电池，固态钠离子电池的能量密度提升了30%以上，达到了250Wh/kg以上，甚至有望突破300Wh/kg。这意味着在相同体积或重量下，固态钠离子电池可以存储更多的电能，为新能源汽车提供更长的续航里程。 2、长寿命固态钠离子电池具有较长的循环寿命。由于采用固态电解质，电池内部不存在液态电解质易泄漏、腐蚀等问题，因此电池的寿命得到了显著提升。实验室测试结果表明，国产纳米级固态钠离子电池的循环寿命可达10000次以上，远高于传统液态锂离子电池的寿命。 3、高安全性固态钠离子电池采用固态电解质，具有较好的热稳定性和化学稳定性。在高温、过充、短路等极端条件下，固态电解质不易燃烧和爆炸，有效降低了电池的安全风险。此外，固态电解质还可以有效抑制锂枝晶的生长，降低了电池内部短路的风险，提高了电池的安全性。 4、低成本钠元素在地壳中的储量丰富，且分布广泛，成本低廉。相比锂元素，钠元素的提取和加工成本较低，有利于降低固态钠离子电池的生产成本。此外，固态钠离子电池的结构相对简单，无需使用大量的贵金属催化剂和隔膜材料，也有助于降低成本。 2024年中国固态电池产业发展趋势政策支持我国政府高度重视固态电池产业的发展，将其列为战略性新兴产业。近年来，国家层面出台了一系列政策文件，明确了固态电池产业的发展目标和重点任务。例如，《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》提出，到2025年，固态电池单体能量密度达到400Wh/kg以上，成本降至1元/Wh以下。这些政策文件的出台，为固态电池产业的发展提供了有力的政策支持。 技术创新我国固态电池技术取得了世界领先的成果。在材料研发、电池设计、制造工艺等方面，我国科研团队不断取得突破。例如，中科院宁波材料所研发的固态电解质材料，具有高离子导率和低界面阻抗的特点；清华大学研发的固态电池制备技术，实现了电池的高效、稳定生产。这些技术创新为固态电池产业的发展奠定了基础。 产业链布局随着固态电池技术的不断成熟，我国企业纷纷加大在固态电池领域的布局。目前，已有数十家企业进入固态电池产业链，涉及材料、设备、电池制造等环节。例如，宁德时代、比亚迪等知名企业纷纷投资固态电池项目，推动产业快速发展。此外，固态电池产业链的上下游企业也在加强合作，共同推动产业发展。 市场需求随着新能源汽车市场的持续扩大，对高性能电池的需求日益增长。固态电池作为一种具有高能量密度、长寿命、高安全性的新型电池，有望成为未来新能源汽车的主流动力电池。根据预测，到2025年，我国新能源汽车销量将达到700万辆，为固态电池市场提供了巨大的发展空间。 国产纳米级固态钠离子电池的成功下线，标志着我国固态电池技术取得了重要突破。在政策支持、技术创新、产业链布局和市场需求的推动下，我国固态电池产业有望在2024年实现快速发展。然而，固态电池产业仍面临诸多挑战，如材料性能提升、制造工艺优化、成本降低等。未来，我国应继续加大研发投入，推动固态电池技术走向成熟，为新能源汽车产业的可持续发展提供有力支撑。 电弛的解决方案2023年，武汉电弛新能源有限公司研发团队经过技术攻关，成功推出了DC IPT 2000/2000Pro 原位气体内压测定仪，为锂电池测试提供了全新的解决方案。该产品方案得到了行业内先进企业的认可，其具有以下优点： 直接穿刺，精准测量传统阿基米德法、理想气体方程或其他“间接法”形式，存在实验过程繁琐、测量误差大的问题。大道至简，DC IPT 2000/2000Pro 直接对锂电池内部气体及压力进行取样和测量。通过锂电池穿刺取样这种直接测量方法，可以快速获取真实、准确的数据，从而极大地提升检测质量效率。 气体采样，兼容并包“间接法”测量无法兼容的问题增加电池测试成本。为了解决这个问题，武汉电弛新能源研发团队设计一种全新的“锂电池气体采样接口（GSP）”，该接口“软硬兼容”——可同时测量软包电池、方形电池和圆柱电池等各类形态电池。便捷快速地评估电池安全性能。DC IPT 2000/2000Pro 测量方式不仅提高了测试效率，也降低了测试成本和风险。①高效便捷：用户无需在不同的测量设备之间切换或等待适配，测试效率高，降低人力时间成本。②数据准确：采用先进的测量技术和算法分析，确保数据的准确性和可靠性。③高重复性：标准化接口设计和测量流程，保证结果的可重复性和一致性，有利于比较分析。 网络接口，云端数据数据也是生产力，高效率的信息传递，对每块电池的质量状态做出快速预判。DC IPT 2000/2000Pro 预设网络接口，实现了数据联云上网，以及与其他测试设备或系统进行数据交互和共享。企业可构建一个完整的电池测试和管理系统，实现对电池测试数据的全面管理和分析，掌握质量情况。 多通道定制，高通量测试DC IPT 2000 /2000Pro 标准款为8通道设计，可定制设计更高通道数量，满足多场景测试需求。每个通道都采用了独立的测量电路，确保了测试的准确性和一致性。无论是大型企业还是研究机构，都可以根据自身的测试需求和规模，选择适合的通道数量和配置。