【會(huì)議報(bào)告】新型固態(tài)電解質(zhì)及其全固態(tài)電池

固態(tài)電池憑借高能量密度和高安全性兩大顯著優(yōu)勢(shì)，成為下一代高性能鋰電池。其核心在于采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池的電解液和隔膜。理想的固態(tài)電解質(zhì)材料應(yīng)該擁有高離子電導(dǎo)率，界面阻抗低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性高、機(jī)械強(qiáng)度高、價(jià)格低廉等特點(diǎn)。

固態(tài)電池的技術(shù)路線主要由不同的固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行區(qū)分，固態(tài)電解質(zhì)主要?jiǎng)澐譃榫酆衔铩⒀趸铩⒘蚧锶蠹夹g(shù)路線。其中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)由于具有良好的加工性能以及極高的離子電導(dǎo)率，被認(rèn)為是全固態(tài)鋰電池中的有利競(jìng)爭(zhēng)者。與氧化物固態(tài)電解質(zhì)相比，硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成溫度較低，楊氏模量低，更易加工和致密化，與正負(fù)極材料的界面接觸性更好，粉末冷壓成片后便能獲得極高的離子電導(dǎo)率）。

按照結(jié)晶形態(tài)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)可分為玻璃態(tài)、玻璃陶瓷態(tài)和晶態(tài)三類，其中前兩類離子電導(dǎo)率率相對(duì)較低，而晶態(tài)硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高。在晶態(tài)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)中，LGPS型（如Li₁₀GeP₂S₁₂）綜合性能較高，但由于加入Ge元素，生產(chǎn)成本較高；LPSCl型（如Li₆PS₅Cl）具備成本優(yōu)勢(shì)，且工藝成熟度較高，為目前主流選擇。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)可采用固相法或液相法進(jìn)行合成。其中，固相法以高能球磨后熱處理的方法為主，球磨過(guò)程中原材料的化學(xué)鍵被打斷，實(shí)現(xiàn)原子級(jí)別的混合，因此制備的材料可實(shí)現(xiàn)較高的離子電導(dǎo)率。

液相法通過(guò)將材料放入極性有機(jī)溶劑中攪拌，之后對(duì)溶劑蒸干、熱處理得到固態(tài)電解質(zhì)，可減少生產(chǎn)成本。但由于Li₂S、P₂S₅等原料較難溶解，往往需要較長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間來(lái)得到沉淀；并且所得沉淀為含有溶劑分子的結(jié)晶物，在熱處理過(guò)程中溶劑揮發(fā)及結(jié)晶溶劑分子的分解逸出，會(huì)在電解質(zhì)顆粒內(nèi)部產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，從而降低離子電導(dǎo)率。

空氣穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性是制約硫化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。如合成硫化物電解質(zhì)的原材料Li₂S和P₂S₅，均存在空氣穩(wěn)定性較差的問(wèn)題，需要在充滿惰性氣體、無(wú)水無(wú)氧的環(huán)境中生產(chǎn)，設(shè)備要求大幅提升。此外，生產(chǎn)過(guò)程中將產(chǎn)生有毒的硫化氫，必須進(jìn)行回收處理，以防止泄漏造成安全風(fēng)險(xiǎn)。

提升硫化物固態(tài)電解質(zhì)穩(wěn)定性是眾多研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注的重點(diǎn)。然而，增強(qiáng)空氣穩(wěn)定性往往會(huì)犧牲其他性能，如離子傳導(dǎo)率。目前，硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來(lái)，穩(wěn)定性研究可能會(huì)與硫化物電解質(zhì)薄膜制造工藝相結(jié)合，尋求硫化物固態(tài)電解質(zhì)與高分子粘結(jié)劑或其他添加劑更佳的融合方式，或成為新的研究方向。

針對(duì)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，中國(guó)粉體網(wǎng)聯(lián)合合源鋰創(chuàng)、江蘇省企業(yè)發(fā)展工程協(xié)會(huì)將于2025年9月23-24日在江蘇· 蘇州舉辦第七屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會(huì)。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開(kāi)發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車(chē)、儲(chǔ)能、消費(fèi)電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作。屆時(shí)，來(lái)自安徽大學(xué)的朱凌云教授將作題為《新型固態(tài)電解質(zhì)及其全固態(tài)電池》的報(bào)告。

專家簡(jiǎn)介：

朱凌云，現(xiàn)為安徽大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授，海外引進(jìn)國(guó)家級(jí)專家，享受?chē)?guó)務(wù)院政府特殊津貼。主要從事全固態(tài)鋰離子電池材料及其薄膜合成制備研究工作。主持和參與了國(guó)家和省部級(jí)電池材料相關(guān)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利40余件，在固態(tài)電解質(zhì)和電池材料方面獲授權(quán)專利15件。近年來(lái)在全固態(tài)電池三元正極表面包覆、硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成及負(fù)極枝晶研究方面成果明顯，在 Nature Communications, AEM, ACS Energy lett., Energy & Environmental Science等期刊發(fā)表高水平研究論文二十多篇。

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