氧化物固體電解質與固態電池研究進展

固態電池的發展日益受到關注，特別是其中的電解質，已經成為研究的重點。目前，電解質在固態電池中的作用類似于隔膜，通過薄膜形式分隔正負極。根據電解質的種類，可分為氧化物、硫化物、聚合物三種路線。其中，氧化物電解質機械強度高、熱穩定性和空氣穩定性好、電化學窗口寬，綜合性能最好，目前發展速度最快。

根據電解質晶體結構，氧化物電解質可以分為鈣鈦礦結構型（如LLTO）、石榴石結構型（如LLZO）、快離子導體型（LISICON、NASICON）等。其中，鈣鈦礦型LLTO電解質材料的本征離子電導較高，但穩定性相對較差；石榴石型LLZO電解質離子電導較高，穩定性好，受到廣泛關注；鈉快離子導體結構的LATP的電化學窗口較高，被認為是高電壓固態電池的理想電解質；鋰快離子導體結構電解質通過硫代方式得到的LGPS具有接近于液態電解質的電導率。

氧化物電解質耐受高電壓，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界面接觸能力較差，造成循環過程中界面穩定性較差，導致循環過程中界面阻抗迅速增加。因此，氧化物固體電解質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-電解質混合來使用。

目前氧化物固體電解質的燒結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，具有流程簡單、易于大批量合成的優點，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，因此不適用于產業化大規模生產。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，但是存在制備路徑復雜、難以大量制備等問題。

產業化方面，在氧化物固體電解質粉體中，LATP、LLZO以及LLTO已實現噸級以上制備。青島大學郭向欣團隊在中試線將氧化物固體電解質(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的熱穩定性好、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的商業化應用。而氧化物固體電解質對聚合物電解質和電解液的穩定性較好，因此，將其與聚合物復合或制備固液混合電解質等方案被行業廣泛采用。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將于2024年9月5-6日在常州舉辦第六屆高比能固態電池關鍵材料技術大會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，共同推動行業發展。屆時，來自青島大學的郭向欣教授將作題為《氧化物固體電解質與固態電池研究進展》的報告。

專家簡介：

郭向欣，青島大學教授，博士生導師。青島市“高性能固體電解質與固態鋰電池”研究中心和山東省固態電池工程實驗室主任。入選上海市“浦江人才”、青島市“創業創新領軍人才”。主要從事于高性能固態電解質研發與全固態金屬電池應用研究，并參與行業最早的兩項固態電解質團體標準的制定和發布。近年主持、參與國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃和企業技術委托項目等10余項。前期研究已在高離子電導固態電解質設計、金屬/固態電解質界面微結構設計等關鍵領域取得了豐富的學術成果，近五年來在Naturecommunications,Energy&EnvironmentalScience,ACSEnergyLetters,AdvancedEnergyMaterials,NanoLetters,NanoEnergy等權威刊物發表論文60余篇，他引逾2000次。

參考來源：

1.陳昕等《當前固體電解質與固態電池技術成熟度分析》

2.中銀國際《固態電池系列報告之二 技術路線多元發展，產業化落地加速》

注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！

本文地址：http://www.asdesk.cn/news/details2391.html