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关于硫化物固态电解质的那些事儿

作者:现金捕鱼    更新时间:2019-11-28 10:53

  锂离子电池固态化在大幅提高安全性的同时可兼具高能量和高功率密度,在电动车、国防等领域具有重大的应用前景。研究重点之一是固态电解质,其中硫化物固态电解质由于具有最高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点,成为最具潜力的技术方向。

  硫化物固态电解质的电化学稳定性差、空气稳定性差。电化学稳定性差直接限制了其在高能量密度(高工作电压正极、锂金属负极)动力电池中的应用。空气稳定性差使得其易与空气中的H2O反应生成H2S,而降低电解质的使用寿命。

  将起始原料按一定的化学计量比混合均匀得到初料,初料经过高温处理使材料熔融,熔融材料骤冷后得到玻璃态硫化物固态电解质,通过结晶玻璃态硫化物固态电解质可以进一步得到玻璃陶瓷态硫化物固态电解质。

  以高能球磨处理混合后的起始原料,球磨一定时间后得到玻璃态硫化物固态电解质,析晶后可以得到玻璃陶瓷态硫化物固态电解质。

  将一定化学计量比的起始原料加入到有机溶剂中,将混合物在一定温度下搅拌,通过离心或旋蒸法从中分离出反应后的溶质,在一定温度下干燥,得到玻璃态硫化物固态电解质材料,进一步结晶得到玻璃陶瓷态硫化物固态电解质。

  为解决硫化物固态电解质易与水反应生成H2S的问题,用氧化物Li2O、P2O5、ZnO、Fe2O3、Bi2O3和卤化物LiI对LPS体系进行取代或掺杂,可提高材料的空气稳定性,降低H2S的产生。

  Hayashi等探究了P2O5取代P2S5及在体系中增加ZnO对H2S产生量的影响。实验结果表明部分的P2O5取代P2S5有助于抑制H2S产生。在Li2S-P2S5-P2O5体系上再增加ZnO,抑制H2S生效果更好。

  金属氧化物ZnO、Fe2O3、Bi2O3具有负的吉布斯自由能,能与H2S发生反应。将金属氧化物添加到75Li2S25P2S5体系中,可提高材料在干燥O2、N2环境下的稳定性,抑制H2S的产生。

  由中国粉体网举办的“2019高比能固态电池关键材料技术研讨会暨第三届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,届时我们将邀请来自中国科学院物理研究所的吴凡研究员作《应用于全固态电池的硫化物固态电解质材料》报告,带来更多关于固态电解质的精彩内容,期待您的到来。

  2011年获浙江大学材料学学士学位,2014年获美国北卡州立大学材料学博士学位,2014-2016年在普林斯顿大学开展博士后研究,2016-2018年在哈佛大学从事博士后及Research Scientist工作。主要研究方向为先进能源材料(包括储能和能源转换两方面)。应用方向包括锂离子电池、全固态锂金属电池、压电传感器等。于2019年1月正式入职中国科学院物理研究所清洁能源实验室(北京)。在中科院物理所长三角研究中心(江苏溧阳)、天目湖先进储能技术研究院(江苏溧阳)成立科学家工作室。目前主要研究方向为全固态电池及固态电解质的基础科学及产业化应用研究。担任Bentham科学出版社《Nanoscience & Nanotechnology-Asia》杂志高级策划编辑,以及PiscoMed科学出版社《Composite Materials Research》杂志和Elsevier出版社《Data in Brief》杂志的编委会委员。主持并负责国家自然科学基金面上项目1项,中科院百人计划研究项目1项,天目湖先进储能技术研究院科学家工作室研究项目1项,横向合作项目1项。参与国家自然科学基金重点项目-汽车联合基金1项。

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