【會(huì)議報(bào)告】硫化物固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電池的研發(fā)

硫化物固態(tài)電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的一個(gè)重要方向。硫化物固態(tài)電解質(zhì)可以加工成多種形式（如玻璃、玻璃陶瓷和晶體等），并具有良好的化學(xué)成分可調(diào)性和機(jī)械加工性。然而，目前硫化物固態(tài)電解質(zhì)遇到的挑戰(zhàn)包括：大規(guī)模合成高品質(zhì)粉體，提升電解質(zhì)/電極膜的一致性，以及全固態(tài)電池中電極與界面的匹配。

由于金屬鋰、硫化鋰都不穩(wěn)定，加工良品率低，所以如何實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電解質(zhì)的低成本宏量制備是一大挑戰(zhàn)。目前常用的制備方法包括熔融冷萃法、球磨法（固相反應(yīng)法）和液相化學(xué)反應(yīng)法。熔融冷萃和球磨法受限于高熔融溫度或長研磨時(shí)間，仍需要改進(jìn)以適用大規(guī)模生產(chǎn)。液相化學(xué)反應(yīng)法可減少生產(chǎn)時(shí)間和成本，然而溶劑的選擇仍具有挑戰(zhàn)性。盡管上述合成方法存在困難和挑戰(zhàn)，日本的Mitsui Kinzoku和韓國的POSCO已建立硫化物電解質(zhì)的試制線，年產(chǎn)量將分別達(dá)到10噸和24噸，證明了硫化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模生產(chǎn)的可行性。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)與電極之間會(huì)形成正極-電解質(zhì)界面（CEI）和固體電解質(zhì)界面（SEI），這些中間界面會(huì)阻礙Li⁺傳導(dǎo)，導(dǎo)致阻抗增加和容量衰減。目前，第一原理計(jì)算已經(jīng)預(yù)測了活性材料和固態(tài)電解質(zhì)的每種組合的可能產(chǎn)生的中相間界面，但由于界面反應(yīng)是動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，僅使用第一原理計(jì)算難以完全理解這些現(xiàn)象，比如復(fù)雜的界面現(xiàn)象以及界面對(duì)電池性能的影響等，因此必須定量地評(píng)估這些效果，才能更好的解決界面分解問題。

由于活性材料的膨脹和收縮以及固體電解質(zhì)分解，復(fù)合電極易發(fā)生機(jī)械降解。液體電解質(zhì)可以補(bǔ)償由充電和放電反應(yīng)引起的活性材料的體積變化，而固態(tài)電解質(zhì)無法自適應(yīng)體積變化，應(yīng)力隨充電和放電循環(huán)而累積，并且活性材料/固態(tài)電解質(zhì)和活性材料/集流體界面會(huì)發(fā)生分層，導(dǎo)致復(fù)合電極內(nèi)部產(chǎn)生裂紋：（1）離子和/或電子傳導(dǎo)路徑的彎曲度增加；（2）活性材料/SE界面處的接觸面積減小；（3）活性材料和固態(tài)電解質(zhì)的分離，導(dǎo)致阻抗增加和容量衰減。常用解決機(jī)械降解問題的主要方法是在反應(yīng)期間使固態(tài)鋰電池加壓，壓力可以在一定程度上抑制裂紋的形成，但會(huì)增加成本且可能造成短路現(xiàn)象；另一種有效策略是使用具有小體積變化率的活性材料（如Li4Ti5O12）。

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)，西北工業(yè)大學(xué)孔龍教授將作題為《硫化物固態(tài)電解質(zhì)及全固態(tài)電池的研發(fā)》的報(bào)告。報(bào)告將從高品質(zhì)、大批量合成硫化物固態(tài)電解質(zhì)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池中的應(yīng)用以及遇到的挑戰(zhàn)進(jìn)行匯報(bào)，并從材料和電芯角度的思考與設(shè)計(jì)方案展開介紹。

專家簡介：

孔龍，西北工業(yè)大學(xué)，教授/博導(dǎo)。2010/2013年獲得中南大學(xué)學(xué)士/碩士學(xué)位，2016年在東京工業(yè)大學(xué)獲得博士學(xué)位。在清華大學(xué)（2016～2019）和南方科技大學(xué)（2019～2021）學(xué)習(xí)工作后，于2021年入職西北工業(yè)大學(xué)。研究領(lǐng)域包括固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電池，高比能鋰硫電池，低溫鋰電池電解液結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

參考來源：

Advanced Characterization Techniques for Sulfide-Based Solid-State Lithium Batteries.

固態(tài)電池及電解質(zhì)研究.投資人學(xué)習(xí)筆記

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