中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電池的發(fā)展日益受到關(guān)注，特別是其中的電解質(zhì)，已經(jīng)成為研究的重點。目前，電解質(zhì)在固態(tài)電池中的作用類似于隔膜，通過薄膜形式分隔正負極。根據(jù)電解質(zhì)的種類，可分為氧化物、硫化物、聚合物三種路線。其中，氧化物電解質(zhì)機械強度高、熱穩(wěn)定性和空氣穩(wěn)定性好、電化學窗口寬，綜合性能最好，目前發(fā)展速度最快。
根據(jù)電解質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)，氧化物電解質(zhì)可以分為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)型（如LLTO）、石榴石結(jié)構(gòu)型（如LLZO）、快離子導體型（LISICON、NASICON）等。其中，鈣鈦礦型LLTO電解質(zhì)材料的本征離子電導較高，但穩(wěn)定性相對較差；石榴石型LLZO電解質(zhì)離子電導較高，穩(wěn)定性好，受到廣泛關(guān)注；鈉快離子導體結(jié)構(gòu)的LATP的電化學窗口較高，被認為是高電壓固態(tài)電池的理想電解質(zhì)；鋰快離子導體結(jié)構(gòu)電解質(zhì)通過硫代方式得到的LGPS具有接近于液態(tài)電解質(zhì)的電導率。
氧化物電解質(zhì)耐受高電壓，分解溫度高，機械強度好，但由于氧化物本身的材料特性，也存在剛性強、易碎等缺點，尤其是電極和電解質(zhì)界面接觸能力較差，造成循環(huán)過程中界面穩(wěn)定性較差，導致循環(huán)過程中界面阻抗迅速增加。因此，氧化物固體電解質(zhì)往往需要添加一些聚合物成分并與微量離子液體/高性能鋰鹽-電解質(zhì)混合來使用。
目前氧化物固體電解質(zhì)的燒結(jié)路徑主要分為固相和液相兩種方式。
固相方式主要通過高溫燒結(jié)，具有流程簡單、易于大批量合成的優(yōu)點，但存在能耗較高、易于生成第二相的缺點。液相合成固體電解質(zhì)的方法主要為溶膠凝膠法和共沉淀法。以使用溶膠凝膠法合成LLZO為例，首先將所需前驅(qū)體完全溶解在溶液中，通過加熱攪拌等方式將溶液凝膠化，最終在高溫下進行煅燒以獲得LLZO。溶膠凝膠法能夠合成粒徑較小的LLZO，并且所需溫度較固相法更低，但流程比較復雜，并且所需原材料的價格較為昂貴，難以合成大量LLZO，因此不適用于產(chǎn)業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。此外，激光脈沖沉積、磁控濺射法等方法也被用來制備固體電解質(zhì)，但是存在制備路徑復雜、難以大量制備等問題。
產(chǎn)業(yè)化方面，在氧化物固體電解質(zhì)粉體中，LATP、LLZO以及LLTO已實現(xiàn)噸級以上制備。青島大學郭向欣團隊在中試線將氧化物固體電解質(zhì)(如LLZO、LATP)粉體應用于固液混合電池，成功組裝出5~12Ah軟包電池。
綜合來看，盡管氧化物固體電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性好、離子電導率高，但是界面、成本以及電化學性能等問題阻礙了其作為單一電解質(zhì)的商業(yè)化應用。而氧化物固體電解質(zhì)對聚合物電解質(zhì)和電解液的穩(wěn)定性較好，因此，將其與聚合物復合或制備固液混合電解質(zhì)等方案被行業(yè)廣泛采用。
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2024年9月5-6日在常州舉辦第六屆高比能固態(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、特種應用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，來自青島大學的郭向欣教授將作題為《氧化物固體電解質(zhì)與固態(tài)電池研究進展》的報告。
專家簡介：
郭向欣，青島大學教授，博士生導師。青島市“高性能固體電解質(zhì)與固態(tài)鋰電池”研究中心和山東省固態(tài)電池工程實驗室主任。入選上海市“浦江人才”、青島市“創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”。主要從事于高性能固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)與全固態(tài)金屬電池應用研究，并參與行業(yè)最早的兩項固態(tài)電解質(zhì)團體標準的制定和發(fā)布。近年主持、參與國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃和企業(yè)技術(shù)委托項目等10余項。前期研究已在高離子電導固態(tài)電解質(zhì)設計、金屬/固態(tài)電解質(zhì)界面微結(jié)構(gòu)設計等關(guān)鍵領(lǐng)域取得了豐富的學術(shù)成果，近五年來在Naturecommunications,Energy&EnvironmentalScience,ACSEnergyLetters,AdvancedEnergyMaterials,NanoLetters,NanoEnergy等權(quán)威刊物發(fā)表論文60余篇，他引逾2000次。
參考來源：
1.陳昕等《當前固體電解質(zhì)與固態(tài)電池技術(shù)成熟度分析》
2.中銀國際《固態(tài)電池系列報告之二 技術(shù)路線多元發(fā)展，產(chǎn)業(yè)化落地加速》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/喬木）
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