中國粉體網訊  鋰離子電池固態(tài)化在大幅提高安全性的同時可兼具高能量和高功率密度，在電動車、國防等領域具有重大的應用前景。研究重點之一是固態(tài)電解質，其中硫化物固態(tài)電解質由于具有最高的離子電導率、較好的機械延展性以及與電極良好的界面接觸等優(yōu)點，成為最具潛力的技術方向。

硫化物固態(tài)電解質的優(yōu)點

硫化物合成溫度低，機械延展性優(yōu)良，界面接觸良好，且離子電導率最高，已超過商用電解液的水平(如Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄，Li₁₀GeP₂S₁₂(LGPS)和Li_9.54Si_1.74P_1.44S_11.7Cl_0.3(LSiPSCl)的室溫鋰離子電導率分別達到了2.2、12.0和25.0m·S/cm)。所以成為近年來固態(tài)電解質的研究熱點。

硫化物固態(tài)電解質的離子電導率

硫化物固態(tài)電解質的缺點

硫化物固態(tài)電解質的電化學穩(wěn)定性差、空氣穩(wěn)定性差。電化學穩(wěn)定性差直接限制了其在高能量密度(高工作電壓正極、鋰金屬負極)動力電池中的應用�？諝夥�(wěn)定性差使得其易與空氣中的H₂O反應生成H₂S，而降低電解質的使用壽命。

硫化物固態(tài)電解質制備方法

硫化物的制備方法主要有三種:

①熔融法

將起始原料按一定的化學計量比混合均勻得到初料，初料經過高溫處理使材料熔融，熔融材料驟冷后得到玻璃態(tài)硫化物固態(tài)電解質，通過結晶玻璃態(tài)硫化物固態(tài)電解質可以進一步得到玻璃陶瓷態(tài)硫化物固態(tài)電解質。

②高能球磨法

以高能球磨處理混合后的起始原料，球磨一定時間后得到玻璃態(tài)硫化物固態(tài)電解質，析晶后可以得到玻璃陶瓷態(tài)硫化物固態(tài)電解質。

③液相法

將一定化學計量比的起始原料加入到有機溶劑中，將混合物在一定溫度下攪拌，通過離心或旋蒸法從中分離出反應后的溶質，在一定溫度下干燥，得到玻璃態(tài)硫化物固態(tài)電解質材料，進一步結晶得到玻璃陶瓷態(tài)硫化物固態(tài)電解質。

硫化物固態(tài)電解質的穩(wěn)定性改善研究

為解決硫化物固態(tài)電解質易與水反應生成H₂S的問題，用氧化物Li₂O、P₂O₅、ZnO、Fe₂O₃、Bi₂O₃和鹵化物LiI對LPS體系進行取代或摻雜，可提高材料的空氣穩(wěn)定性，降低H₂S的產生。

Ohtomo等比較了不同制備方法和Li₂O的取代Li₂S的量對xLi₂O(100-x)(0.7Li₂S_0.3P₂S₅)(mol%)(x=17,20and25)材料H₂S產生情況和電導率進行了探究。結果表明Li₂O的取代有助于降低H₂S的產生，兩步法抑制H₂S的效果更好。

Hayashi等探究了P₂O₅取代P2S5及在體系中增加ZnO對H₂S產生量的影響。實驗結果表明部分的P₂O₅取代P2S5有助于抑制H₂S產生。在Li2S-P2S5-P2O5體系上再增加ZnO，抑制H₂S生效果更好。

金屬氧化物ZnO､Fe₂O₃､Bi₂O₃具有負的吉布斯自由能，能與H₂S發(fā)生反應。將金屬氧化物添加到75Li₂S₂5P₂S₅體系中，可提高材料在干燥O₂、N₂環(huán)境下的穩(wěn)定性，抑制H₂S的產生。

由中國粉體網舉辦的“2019高比能固態(tài)電池關鍵材料技術研討會暨第三屆能源顆粒材料制備及應用技術高峰論壇”，屆時我們將邀請來自中國科學院物理研究所的吳凡研究員作《應用于全固態(tài)電池的硫化物固態(tài)電解質材料》報告，帶來更多關于固態(tài)電解質的精彩內容，期待您的到來。

專家簡介

吳凡

中國科學院物理研究所“百人計劃I類”特聘研究員，博士生導師。

2011年獲浙江大學材料學學士學位，2014年獲美國北卡州立大學材料學博士學位，2014-2016年在普林斯頓大學開展博士后研究，2016-2018年在哈佛大學從事博士后及Research Scientist工作。主要研究方向為先進能源材料（包括儲能和能源轉換兩方面）。應用方向包括鋰離子電池、全固態(tài)鋰金屬電池、壓電傳感器等。于2019年1月正式入職中國科學院物理研究所清潔能源實驗室（北京）。在中科院物理所長三角研究中心（江蘇溧陽）、天目湖先進儲能技術研究院（江蘇溧陽）成立科學家工作室。目前主要研究方向為全固態(tài)電池及固態(tài)電解質的基礎科學及產業(yè)化應用研究。擔任Bentham科學出版社《Nanoscience & Nanotechnology-Asia》雜志高級策劃編輯，以及PiscoMed科學出版社《Composite Materials Research》雜志和Elsevier出版社《Data in Brief》雜志的編委會委員。主持并負責國家自然科學基金面上項目1項，中科院百人計劃研究項目1項，天目湖先進儲能技術研究院科學家工作室研究項目1項，橫向合作項目1項。參與國家自然科學基金重點項目-汽車聯合基金1項。

參考來源：

劉麗露.硫化物固態(tài)電解質電化學穩(wěn)定性研究進展

劉魯靜.全固態(tài)鋰離子電池技術進展及現狀

葉明.硫化物固態(tài)電解質的研究進展

李利.硫化物固態(tài)電解質的研究進展及產業(yè)應用

（中國粉體網編輯整理/墨玉）

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