中國粉體網訊 全固態鋰離子電池由于其高安全性和高能量密度被廣泛認為是下一代儲能器件的關鍵技術,而在實現全固態電池的聚合物、氧化物、硫化物三條技術路線中,硫化物固體電解質由于擁有最高的鋰離子電導率和良好的機械性能而成為最有潛力的技術方向之一。
硫化物固態電解質的優勢
(1)由于硫原子具有較大的原子半徑、較小的電負性以及較低的鋰離子結合能,硫化物與氧化物、聚合物等離子導體相比一般有更高的鋰離子電導率,部分硫化物電導率甚至達到或超過了傳統液態電解液。
(2)硫化物密度相比于氧化物具有較低的密度。在相同的厚度條件下,硫化物相對更低的密度能有效地減少重量,從而帶來更高的重量能量密度。
(3)硫化物相比于氧化物電解質具有較低的硬度,擠壓過程中更加容易變形,因此,其致密度更容易提升,其與陰陽極活性材料的接觸相對會有所改善,從加工性能的角度上講也更加便捷。
硫化物固態電解質的缺點
(1)硫化物的電化學窗口相對較窄。這意味著,硫化物在陰極側容易被氧化,在陽極側容易被還原,電化學層面上并不穩定。
(2)硫化物普遍對水汽比較敏感。1g 75Li2S-25P2S5粉末在40%~ 45%的相對濕度下放置1min就可以產生0.26 cm3的有毒氣體 H2S,并導致離子電導率的下降。
(3)雖然硫化物固態電解質本身具有比較高的機械強度,理論上可以有效地阻擋鋰枝晶的穿刺。但在實際使用過程中,當充電倍率較大時仍然不能完全阻止鋰枝晶,導致短路。
雖然硫化物電解質有著上述提到的優點,然而,硫化物固態電解質面臨空氣(化學)失效、電化學失效、熱失效、界面失效等諸多關鍵問題,這也極大地限制了高比能硫化物全固態電池的實際生產與應用。
實現高比能硫化物全固態電池的實際生產與應用,硫化物固態電池仍面臨許多問題需要克服。2022年2月22-23日,由中國粉體網主辦的“第三屆高比能固態電池關鍵材料技術大會”將于湖北武漢東方建國大酒店舉辦,屆時將邀請來自中科院物理所的吳凡教授作《硫化物全固態電池關鍵技術研究進展》報告。本報告主講人將重點關注硫化物全固態電池的關鍵基礎科學問題和應用化開發難題,探討團隊在此領域的研發進展。
個人簡歷:
吳凡,國家海外高層次人才引進計劃、中科院海外杰出人才引進計劃、中科院海外杰出人才引進計劃-B類擇優支持;現任中國科學院物理研究所博士生導師、中國科學院大學教授、中科院物理所長三角研究中心科學家工作室主任、天目湖先進儲能技術研究院首席科學家。2007-2011,浙江大學材料學學士;2011-2014,美國北卡州立大學材料學博士;2014-2016,美國普林斯頓大學博士后;2016-2018,哈佛大學研究科學家。
參考資料:
陳茂華. 硫化物固態電解質的優勢與挑戰
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