中國粉體網(wǎng)訊  隨著交通電氣化和分布式儲(chǔ)能市場的快速增長，基于液態(tài)電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池體系已經(jīng)不能滿足對(duì)高安全性、高能量密度、低成本及更長循環(huán)壽命的迫切要求。采用液態(tài)電解液的鋰離子電池存在易泄漏、易腐蝕、易燃燒等安全隱患，而高能量密度要求必然造成安全問題更加突出，因此提高鋰電池本征安全性對(duì)其在規(guī)�；瘍�(chǔ)能中的應(yīng)用至關(guān)重要。將液態(tài)電解液替換為不可燃性固態(tài)電解質(zhì)構(gòu)建而成的全固態(tài)電池具有高安全、高能量/功率密度、長壽命、低成本、環(huán)境適應(yīng)性及更容易回收，被視為解決目前鋰離子電池安全性問題的終極方案。

鋰硫銀鍺礦基電解質(zhì)Li₆PS₅X(X=Cl, Br)因其高室溫鋰離子導(dǎo)電率和低成本在眾多電解質(zhì)中最具產(chǎn)業(yè)化前景，而富鹵素型硫銀鍺礦電解質(zhì)則因其接近甚至超過液態(tài)電解液的超高鋰離子電導(dǎo)率而受到越來越多的關(guān)注。

鋰硫銀鍺礦電解質(zhì)Li₆PS₅X(X = Cl, Br)的晶體結(jié)構(gòu)

為促進(jìn)鋰硫銀鍺礦電解質(zhì)的實(shí)用化，開發(fā)低成本、高效率、高重復(fù)性的合成路徑至關(guān)重要。目前常用的合成Li₆PS₅X(X = Cl, Br, I)電解質(zhì)的方法主要有固相法和液相法兩種。

固相法

固相法主要包括高能機(jī)械球磨法、球磨-燒結(jié)聯(lián)用法和簡單固相燒結(jié)法三種。

（1）高能機(jī)械球磨法是把LiX (X = Cl, Br)、Li₂S、P₂S₅等各種原材料密封在球磨罐內(nèi)，采用高速球磨提供機(jī)械能將原材料的化學(xué)鍵斷裂，使材料在原子級(jí)別混合反應(yīng)，同時(shí)球磨珠之間以及與球磨罐內(nèi)壁之間在高速旋轉(zhuǎn)和碰撞過程中會(huì)產(chǎn)生熱量，最終形成Li₆PS₅X (X = Cl, Br)電解質(zhì)的制備方法。使用這種方法制備的電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率與球磨過程的球料比、球磨珠子材質(zhì)、球磨速度和時(shí)間及球磨工藝等有關(guān)。 

（2）球磨-燒結(jié)聯(lián)用法是將原材料經(jīng)高能球磨過程后，壓片燒結(jié)得到最終電解質(zhì)的方法。由于高能球磨得到的產(chǎn)物含有大量的無定形相存在，導(dǎo)致材料的結(jié)晶性較差，經(jīng)過燒結(jié)處理提高制備的材料中晶相電解質(zhì)含量，一般能得到室溫離子電導(dǎo)率 超過10⁻³ S·cm⁻¹的鋰硫銀鍺礦電解質(zhì)。

（3）簡單固相燒結(jié)法是將原材料均勻混合后直接燒結(jié)得到最終電解質(zhì)的制備方法。為了保證材料混合的均勻性，前期的原材料混合可采用低速球磨的方法。該方法能克服高能機(jī)械球磨帶來的能耗、沾壁及一致性等問題，有望降低合成成本，推動(dòng)鋰硫銀鍺礦固態(tài)電解質(zhì)規(guī)�；�制備。

液相法

液相法合成鋰硫銀鍺礦固態(tài)電解質(zhì)一般分為兩種途徑：懸浮液法和溶解-沉積法。

（1）懸浮液法是指將合成鋰硫銀鍺礦電解質(zhì)原材料(主要為Li₂S、 P₂S₅、LiCl、LiBr、LiI等)分散在不溶性的有機(jī)溶劑中，通過機(jī)械攪拌使其均勻混合，隨后采用熱處理除去有機(jī)溶劑，并通過燒結(jié)得到最終產(chǎn)物。

（2）溶解-沉積法則需要將固相法合成的電解質(zhì)或前驅(qū)體材料溶解在可溶性的有機(jī)溶劑中，形成穩(wěn)定均勻的混合溶液，最后經(jīng)過熱處理去除溶劑，并進(jìn)行簡單燒結(jié)得到所需電解質(zhì)。

要實(shí)現(xiàn)硫銀鍺礦電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池中大規(guī)模應(yīng)用，仍面臨許多挑戰(zhàn)，如化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性、與電極材料和鋰金屬的兼容性、熱穩(wěn)定性、成本等。針對(duì)上述問題，華中科技大學(xué)余創(chuàng)教授團(tuán)隊(duì)基于富鹵素型硫銀鍺礦電解質(zhì)的超高離子電導(dǎo)率，采用“木桶短板”設(shè)計(jì)理念，設(shè)計(jì)具有不同性能的功能型電解質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑高性能和優(yōu)異環(huán)境適應(yīng)性的全固態(tài)電池。

針對(duì)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)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(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)，華中科技大學(xué)余創(chuàng)教授將作題為《富鹵素型硫銀鍺礦電解質(zhì)設(shè)計(jì)合成及高性能全固態(tài)電池構(gòu)筑》的報(bào)告。報(bào)告主講人將介紹富鹵素型硫銀鍺礦電解質(zhì)的設(shè)計(jì)理念以及如何實(shí)現(xiàn)構(gòu)筑高性能和優(yōu)異環(huán)境適應(yīng)性的全固態(tài)電池。

專家簡介：

余創(chuàng)博士，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，國家級(jí)海外高層次人才項(xiàng)目(青年項(xiàng)目)入選者，湖北省百人計(jì)劃入選者，武漢市“武漢英才”產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍(創(chuàng)新類)人才入選者。2009年本科畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué)，2012年碩士畢業(yè)于中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所，2017年于荷蘭代爾夫特理工大學(xué)獲博士學(xué)位；先后在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和加拿大西安大略大學(xué)從事博士后研究工作（合作導(dǎo)師孫學(xué)良院士）。余博士主要從事高安全電化學(xué)儲(chǔ)能器件及關(guān)鍵技術(shù)和材料的研究，目前獲得中組部海外高層次人才計(jì)劃青年項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)青年科學(xué)家項(xiàng)目、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃儲(chǔ)能與智能電網(wǎng)技術(shù)重點(diǎn)專項(xiàng)青年科學(xué)家課題、武漢市“武漢英才”產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍項(xiàng)目、寧德時(shí)代21C實(shí)驗(yàn)室開放基金、遠(yuǎn)景能源委托企業(yè)項(xiàng)目等資助。已經(jīng)在J. Am. Chem. Soc., Nature Communications, Energy Storage Material, Energy Environmental Materials等國際期刊發(fā)表論文130余篇，發(fā)表文章被引用4800余次，發(fā)表英文專章3章，擔(dān)任Energy Material Advances, Energy Environmental Materials, eScience, Chinese Chemical Letter，Renewables等多個(gè)期刊青年編委。當(dāng)前研究興趣為固態(tài)電池關(guān)鍵技術(shù)及材料。

參考來源：

彭林峰、余創(chuàng)等.鋰硫銀鍺礦固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展

華中科技大學(xué)余創(chuàng)教授課題組Renewables：硫銀鍺礦電解質(zhì)穩(wěn)定性研究及高載量全固態(tài)電池構(gòu)筑

Rare Met. 華中科技大學(xué)余創(chuàng)：Li6PS5I硫銀鍺礦電解質(zhì)的合成優(yōu)化并在不同溫度下全固態(tài)電池中的應(yīng)用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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