中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電解質(zhì)直接影響固態(tài)電池的性能，硫化物固態(tài)電解質(zhì)作為一種室溫離子電導(dǎo)率(10-4-10-2S/cm)極高的電解質(zhì)材料，廣受關(guān)注。目前電導(dǎo)率較高的硫化物電解質(zhì)包括晶態(tài)硫化物電解質(zhì)和玻璃陶瓷硫化物電解質(zhì)。與晶態(tài)硫化物電解質(zhì)相比，玻璃陶瓷具有更高的電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。
自20世紀(jì)90年代開始，玻璃陶瓷被用于全固態(tài)電池材料的開發(fā)和研究，它是一種由殘留玻璃相和結(jié)晶相的混合物組成的多晶材料，這種混合物通過對基礎(chǔ)玻璃進(jìn)行結(jié)晶處理而獲得。電解質(zhì)中的晶粒被玻璃相包圍以減小晶界的電阻，同時(shí)從玻璃相中析出獲得高離子電導(dǎo)率的晶體，使其電導(dǎo)率得到進(jìn)一步提高。從理論上講，玻璃陶瓷電解質(zhì)可以同時(shí)具有陶瓷電解質(zhì)和玻璃電解質(zhì)兩者的優(yōu)點(diǎn)。硫化物玻璃陶瓷電解質(zhì)中比較典型的組分有Li2S-P2S5，該體系的玻璃態(tài)電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率約為10-4S/cm。
Li2S-P2S5電解質(zhì)的研究早在1980年代就已經(jīng)開展。1981年GuyRobert以Li2S-P2S5摩爾比為2:1的固體粉末中加入LiI，制備出了具有良好離子導(dǎo)電性的化合物。2009年，美國的科羅拉多州大學(xué)JamesTrevey課題組，用單步驟球磨法制得xLi2S(100-x)P2S5，不同配比下化合物在55℃時(shí)，制得的玻璃陶瓷在常溫下的鋰離子電導(dǎo)率達(dá)到了10-3S/cm，并有5VvsLi+/Li電化學(xué)窗口。2011年，Minami等用70Li2S-30P2S5的配比下，通過球磨得到非晶態(tài)后加熱得到Li7P3S11玻璃陶瓷固體化合物它的電導(dǎo)率達(dá)到了5.2×10-3S/cm。
2013年之后不少研究人員開始將Li2S-P2S5玻璃陶瓷固體電解質(zhì)應(yīng)用于鋰硫電池的研究。RomeSapienza大學(xué)的Agostini研究組以80Li2S-20P2S5配比，通過球磨并加熱結(jié)晶的方法制得固體電解質(zhì)，用硫、碳、電解質(zhì)粉末混合制備成正極，并組裝成電池。電化學(xué)測試在工作電壓為2.1V條件下，其電池的容量可保持在400mAh/g，遠(yuǎn)高于鋰離子電池。同年，大阪府立大學(xué)的Takamasa課題組，用機(jī)械球磨法制備得到70Li2S-30P2S5玻璃陶瓷固體電解質(zhì)與75Li2S-25P2S5玻璃電解質(zhì)。在常溫下，前者的鋰離子電導(dǎo)率到達(dá)1.5×10-3S/cm，75Li2S-25P2S5玻璃電解質(zhì)在常溫下的鋰離子電導(dǎo)率達(dá)到5.0×10-4S/cm。2014年，TakashiHakari以Li2S-P2S5玻璃陶瓷作為電解質(zhì)，用固體電解質(zhì)、乙炔黑與單質(zhì)硫的混合物做為正極組裝成全固態(tài)的二次鋰硫電池，不同摩爾比xLi2S·(100-x)P2S5(x=80,87.5,90,95和100mol%)組裝成的電池，x=80的電池具有240mAh/g最高的充電容量。同年，甲南大學(xué)的Kinoshita用球磨Li2S-P2S5制得非晶態(tài)的Li3PS4電解質(zhì)，并用氣相生長法制得的碳纖維和電解質(zhì)混合作為正極材料組裝成固態(tài)電池，得到的電池在室溫下的起始容量達(dá)到1300mAh/g，在0.1mA/cm2、0.9-2.6V的測試條件下，充放電50圈后電池的容量仍維持在1200mAh/g。
總之，硫系玻璃陶瓷固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率優(yōu)異，并且機(jī)械性能適中，利于與正負(fù)極材料形成共型接觸。但是該類電解質(zhì)也存在缺陷，其本身穩(wěn)定性較差，不僅在空氣中會(huì)釋放劇毒的硫化氫氣體，而且與正、負(fù)極材料接觸時(shí)易發(fā)生界面副反應(yīng)。
針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于2023年2月21-22日在常州舉辦第四屆高比能固態(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)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動(dòng)車、儲(chǔ)能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺(tái)，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。屆時(shí)，寧波大學(xué)高等技術(shù)研究院助理研究員高成偉老師將作題為《硫系玻璃陶瓷固態(tài)電解質(zhì)性能調(diào)控及界面表征技術(shù)》的報(bào)告。報(bào)告將針對硫系玻璃陶瓷固態(tài)電解質(zhì)存在的問題，介紹對其化學(xué)、電化學(xué)及界面穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)控的相關(guān)研究成果。另外，針對電解質(zhì)與正、負(fù)極界面難以直接探測的問題，報(bào)告將介紹采用現(xiàn)場原位電化學(xué)阻抗法結(jié)合非原位測試表征技術(shù)（圖1），細(xì)致研究界面處組分、結(jié)構(gòu)的演變過程，為設(shè)計(jì)制備高性能硫系電解質(zhì)提供重要基礎(chǔ)。
圖1硫系固態(tài)電解質(zhì)的動(dòng)態(tài)現(xiàn)場原位電化學(xué)阻抗譜及非原位拉曼光譜
專家簡介：
高成偉，寧波大學(xué)高等技術(shù)研究院助理研究員，2011-2017年鄭州大學(xué)本碩連讀，2021年博士畢業(yè)于丹麥奧爾堡大學(xué)，師從歐州科學(xué)院院士岳遠(yuǎn)征教授。主要的研究領(lǐng)域?yàn)榱蛳挡Ａ�、金屬有機(jī)骨架玻璃等特種玻璃材料的設(shè)計(jì)制備及其在電化學(xué)儲(chǔ)能方面的應(yīng)用。目前主持國家自然科學(xué)基金青年基金和浙江省自然科學(xué)基金各一項(xiàng)，在國際學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表20余篇學(xué)術(shù)論文，包括Advanced Materials、Nano Energy、ACS Applied Materials&Interfaces等，授權(quán)發(fā)明專利4件。
參考來源：
李楊等.Li3PS4玻璃陶瓷電解質(zhì)的制備及其電化學(xué)性能
符煌.硫系玻璃和玻璃陶瓷固體電解質(zhì)制備及性能研究
章葉挺.硫鹵玻璃固體電解質(zhì)材料制備及性能研究
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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