【會議報告】硫化物固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電池的研發(fā)

硫化物固態(tài)電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的一個重要方向。硫化物固態(tài)電解質(zhì)可以加工成多種形式（如玻璃、玻璃陶瓷和晶體等），并具有良好的化學成分可調(diào)性和機械加工性。然而，目前硫化物固態(tài)電解質(zhì)遇到的挑戰(zhàn)包括：大規(guī)模合成高品質(zhì)粉體，提升電解質(zhì)/電極膜的一致性，以及全固態(tài)電池中電極與界面的匹配。

由于金屬鋰、硫化鋰都不穩(wěn)定，加工良品率低，所以如何實現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的低成本宏量制備是一大挑戰(zhàn)。目前常用的制備方法包括熔融冷萃法、球磨法（固相反應法）和液相化學反應法。熔融冷萃和球磨法受限于高熔融溫度或長研磨時間，仍需要改進以適用大規(guī)模生產(chǎn)。液相化學反應法可減少生產(chǎn)時間和成本，然而溶劑的選擇仍具有挑戰(zhàn)性。盡管上述合成方法存在困難和挑戰(zhàn)，日本的Mitsui Kinzoku和韓國的POSCO已建立硫化物電解質(zhì)的試制線，年產(chǎn)量將分別達到10噸和24噸，證明了硫化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模生產(chǎn)的可行性。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)與電極之間會形成正極-電解質(zhì)界面（CEI）和固體電解質(zhì)界面（SEI），這些中間界面會阻礙Li⁺傳導，導致阻抗增加和容量衰減。目前，第一原理計算已經(jīng)預測了活性材料和固態(tài)電解質(zhì)的每種組合的可能產(chǎn)生的中相間界面，但由于界面反應是動力學現(xiàn)象，僅使用第一原理計算難以完全理解這些現(xiàn)象，比如復雜的界面現(xiàn)象以及界面對電池性能的影響等，因此必須定量地評估這些效果，才能更好的解決界面分解問題。

由于活性材料的膨脹和收縮以及固體電解質(zhì)分解，復合電極易發(fā)生機械降解。液體電解質(zhì)可以補償由充電和放電反應引起的活性材料的體積變化，而固態(tài)電解質(zhì)無法自適應體積變化，應力隨充電和放電循環(huán)而累積，并且活性材料/固態(tài)電解質(zhì)和活性材料/集流體界面會發(fā)生分層，導致復合電極內(nèi)部產(chǎn)生裂紋：（1）離子和/或電子傳導路徑的彎曲度增加；（2）活性材料/SE界面處的接觸面積減小；（3）活性材料和固態(tài)電解質(zhì)的分離，導致阻抗增加和容量衰減。常用解決機械降解問題的主要方法是在反應期間使固態(tài)鋰電池加壓，壓力可以在一定程度上抑制裂紋的形成，但會增加成本且可能造成短路現(xiàn)象；另一種有效策略是使用具有小體積變化率的活性材料（如Li4Ti5O12）。

針對固態(tài)電池相關的技術、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，西北工業(yè)大學孔龍教授將作題為《硫化物固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電池的研發(fā)》的報告。報告將從高品質(zhì)、大批量合成硫化物固態(tài)電解質(zhì)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池中的應用以及遇到的挑戰(zhàn)進行匯報，并從材料和電芯角度的思考與設計方案展開介紹。

專家簡介：

孔龍，西北工業(yè)大學，教授/博導。2010/2013年獲得中南大學學士/碩士學位，2016年在東京工業(yè)大學獲得博士學位。在清華大學（2016～2019）和南方科技大學（2019～2021）學習工作后，于2021年入職西北工業(yè)大學。研究領域包括固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電池，高比能鋰硫電池，低溫鋰電池電解液結構設計。

參考來源：

Advanced Characterization Techniques for Sulfide-Based Solid-State Lithium Batteries.

固態(tài)電池及電解質(zhì)研究.投資人學習筆記

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