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)率得到進一步提高。從理論上講，玻璃陶瓷電解質(zhì)可以同時具有陶瓷電解質(zhì)和玻璃電解質(zhì)兩者的優(yōu)點。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，制得的玻璃陶瓷在常溫下的鋰離子電導(dǎo)率達到了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，遠高于鋰離子電池。同年，大阪府立大學(xué)的Takamasa課題組，用機械球磨法制備得到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，并且機械性能適中，利于與正負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，不僅在空氣中會釋放劇毒的硫化氫氣體，而且與正、負極材料接觸時易發(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。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學(xué)、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，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)》的報告。報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)定性進行調(diào)控的相關(guān)研究成果。另外，針對電解質(zhì)與正、負極界面難以直接探測的問題，報告將介紹采用現(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），細致研究界面處組分、結(jié)構(gòu)的演變過程，為設(shè)計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)院院士岳遠征教授。主要的研究領(lǐng)域為硫系玻璃、金屬有機骨架玻璃等特種玻璃材料的設(shè)計制備及其在電化學(xué)儲能方面的應(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，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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