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1、硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)的研究，大概始于20世紀初，與氧化物電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)的離子電導率較高，這主要是由于S2-比O2-離子半徑大，電負性小，對鋰離子的束縛較弱，增大了自由移動的鋰離子濃度。從而獲得了高的離子電導率。另外，硫化物電解質(zhì)還具有柔韌性好，機械性能優(yōu)良，制備工藝簡單，與電極材料界面接觸性好等優(yōu)點，被認為是全固態(tài)鋰電池中最具應用潛力的電解質(zhì)材料之一。硫化物種類繁多，按照結晶形態(tài)，硫化物電解質(zhì)可分為玻璃態(tài)，玻璃陶瓷態(tài)和陶瓷晶態(tài)電解質(zhì)。表1中列出常見的硫化物固體電解質(zhì)的類別以及對應的離子電導率。
表1 常見硫化物電解質(zhì)的室溫電導率
2、硫化物電解質(zhì)的制備方法
硫化物電解質(zhì)的制備方法主要包括熔融淬冷法、高能球磨制備法及液相合成法。
其中熔融淬冷法是獲得玻璃態(tài)硫化物電解質(zhì)最常規(guī)的技術之一。具體制備方法為：首先，將初始原料按照化學計量比混合，混合料經(jīng)高溫熱處理至熔融態(tài)，然后將熔融的樣品淬火即可得到微晶玻璃態(tài)硫化物電解質(zhì)。該方法制備的硫化物電解質(zhì)離子電導率可以達到10-3Scm-1，然而熔融淬冷法能耗大，熱處理溫度高，工藝繁瑣，難以大規(guī)模制備，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
高能機械球磨也是合成硫化物固體電解質(zhì)的常用方法，將原料與球磨介質(zhì)混合密封在球磨罐中，通過高頻振動或高速轉(zhuǎn)動，球磨過程中球磨介質(zhì)不斷與原料粉體沖擊，發(fā)生劇烈反應并完成材料的制備，其作用機制有兩種解釋：一種是原料受到不間斷的沖擊之后產(chǎn)生高溫，發(fā)生急劇的塑性形變，產(chǎn)生局部熔融，隨后熱量擴散至附近區(qū)域，從而產(chǎn)生類似熔融淬冷的效果，形成非晶相；另一種解釋為材料經(jīng)過持續(xù)的撞擊后，內(nèi)部產(chǎn)生大量缺陷，導致缺陷能增加，隨著能量的提升，當其高于非晶相與晶相之間的形成能壘時，則產(chǎn)生了非晶相，其基本原理如圖1所示。該技術的優(yōu)勢在于整個過程不需要高溫熱處理，制備時間短，安全性好，易控制，較熔融淬冷法更為簡便。而液相合成法則是將原料與溶劑混合攪拌，然后干燥熱處理即可得到硫化物電解質(zhì)，其優(yōu)點為制備方法簡單易行，省時間。缺點則是獲得的硫化電解質(zhì)離子電導率低，純度低。
圖1 高能球磨法制備非晶相的原理示意圖
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)將于12月20-21日在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會。屆時，華中科技大學余創(chuàng)教授將作題為《功能型硫化物電解質(zhì)的設計及分級利用構筑高性能全固態(tài)鋰電池》的報告。報告將對硫化物電解質(zhì)的設計及分級利用的相關問題進行詳細解讀，并介紹其研究成果。該研究基于硫化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，討論了基于“木桶短板原理”設計功能型的固態(tài)電解質(zhì)材料，并且依據(jù)不同電解質(zhì)的理化性能不同實行分級利用的原則，最終構筑高性能的全固態(tài)鋰電池。
專家簡介：
余創(chuàng)，九三學社社員，華中科技大學電氣與電子工程學院教授，國家海外青年項目和湖北省高層項目入選者，武漢市“武漢英才”產(chǎn)業(yè)領軍(創(chuàng)新類)人才入選者，湖北省科技廳高端專家?guī)鞂＜摇?009年于哈爾濱工程學院材料科學與化學工程學院獲學士學位；2012年于中國科學院福建物質(zhì)結構研究所獲碩士學位；2017年于荷蘭代爾夫特理工大學獲博士學位；先后在荷蘭代爾夫特理工大學和加拿大西安大略大學從事博士后研究工作，2020年12月加入華中科技大學電氣工程學院。近年來主要從事電化學儲能領域研究工作，主要集中在全固態(tài)電池及其關鍵材料研究領域。目前承擔或參與國家自然科學基金面上項目(主持)、科技部重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項(青年科學家項目，技術骨干)，科技部重點研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術重點專項(青年科學家項目，技術骨干)，福建能源器件科學與技術創(chuàng)新實驗室開放基金(主持)等多項科研項目。已經(jīng)在《Nature Materials》《J.Am.Chem.Soc.》《Nature Communications》等國際期刊發(fā)表論文90余篇，其中一作/通訊文章40余篇，發(fā)表文章被引用2800余次，發(fā)表英文專章3章，擔任《eScience》《Energy Environmental Materials》《Energy Material Advances》《Rare Metals》《Chinese Chemical Letters》《International Journal of Minerals》《Metallurgy and Materials》等期刊青年編委。目前研究方向主要為面向電網(wǎng)的電化學儲能技術，高性能全固態(tài)電池關鍵材料和技術及極端環(huán)境下應用的固態(tài)器件開發(fā)等。
參考來源：
伊竟廣.硫化物基固體電解質(zhì)及界面研究
秦志光等.硫化物固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池中的應用研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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