【會議報告】鹵化物基全固態(tài)電池研究進展

全固態(tài)電池因其高能量密度、高安全性和長循環(huán)壽命等優(yōu)勢被視為下一代電化學儲能系統(tǒng)的關鍵發(fā)展方向。固態(tài)電解質作為全固態(tài)電池的重要組成部分，其離子電導率、電化學穩(wěn)定性和機械性能等直接影響全固態(tài)電池的綜合性能。

目前常見的固體電解質主要包括氧化物固體電解質和硫化物固體電解質，然而這兩類固體電解質均未能表現(xiàn)出整體優(yōu)異的綜合性能。氧化物電解質具有高電化學穩(wěn)定性，但與金屬鋰的潤濕性差，導致界面阻抗大；硫化物電解質雖然具有高鋰離子電導率，但其本征電化學穩(wěn)定性較差且容易與空氣發(fā)生反應釋放有毒的硫化氫氣體。

近年來，新興的鹵化物固態(tài)電解質因其高離子電導率、高壓正極良好相容性和優(yōu)異機械變形性等突出優(yōu)點，能夠同時克服氧化物電解質的界面接觸差以及硫化物電解質電化學窗口窄等缺陷，已成為全固態(tài)電池領域研究熱點。

硫化物、氧化物和鹵化物固態(tài)電解質的性能對比圖

鹵化物固態(tài)電解質的結構式為Li_aMX_b（M為金屬元素，X=F、Cl、Br、I）。根據M元素的不同，鹵化物固態(tài)電解質可分為三類：具有第3族金屬元素（M=Sc、Y、La-Lu）的鹵化物電解質；具有第13族金屬（M=Al、Ga、In）的鹵化物電解質；其他含二價金屬元素（M=Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co等）的鹵化物電解質。目前常見鹵化物電解質有三類：Lia-M-Cl₆、Lia-M-Cl₄及Lia-M-Cl₈類鹵化物，前兩類的離子電導率可達到10^-3S/cm。

鹵化物固態(tài)電解質的合成方法分為固相合成法、液相合成法、氣相合成法。

固相合成法是最早和最普遍使用的鹵化物固體電解質合成方法，又細分為機械化學球磨法、機械球磨后退火法以及固態(tài)燒結法。機械化學球磨法通過用研磨球高速研磨原材料制得鹵化物固態(tài)電解質，機械球磨后退火法和固態(tài)燒結法則是在球磨法的基礎上分別增加了退火和熱燒結的步驟。

液相合成法可分為水介質合成法和銨輔助合成法。水介質合成法首先在水溶劑中反應生成中間水合物，然后在真空中進行熱處理除去水分子。

化學氣相法可分為熱蒸發(fā)法和氣相沉淀法。熱蒸發(fā)法直接在高真空環(huán)境中熱蒸發(fā)前驅體材料制得鹵化物固態(tài)電解質。

不過，鹵化物電解質在不同溫度下易發(fā)生相轉變從而影響電導率，并且在空氣中易水解，因此合成成本高昂。此外，過渡金屬與鋰金屬反應導致鋰負極兼容性差等問題，阻礙了鹵化物固態(tài)電解質的進一步發(fā)展。

針對固態(tài)電池產業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，中國粉體網聯(lián)合合源鋰創(chuàng)、江蘇省企業(yè)發(fā)展工程協(xié)會將于2025年9月23-24日在江蘇· 蘇州舉辦第七屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會。為致力于固態(tài)電池技術開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及新能源汽車、儲能、消費電子等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作。屆時，來自有研（廣東）新材料技術研究院的趙昌泰教授將作題為《鹵化物基全固態(tài)電池研究進展》的報告。

專家介紹：

趙昌泰，有研（廣東）新材料技術研究院，教授級高級工程師，博士生導師，國家海外高層次青年人才、北京市海外高層次青年人才、北京市科技新星。2017年博士畢業(yè)于大連理工大學，導師邱介山教授、于暢教授，在加拿大西安大略大學學習工作5年，合作導師孫學良院士。主要研究方向為全固態(tài)電池材料開發(fā)、界面設計及軟包電池工藝開發(fā)等。申報人主持工信部全固態(tài)電池子課題、北京市科技新星計劃、北京市聯(lián)合基金、國家自然科學基金青年基金、一汽集團橫向課題、廣汽集團橫向課題、中國航天集團橫向課題等項目。在Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater.等國際頂級期刊發(fā)表SCI論文90余篇，被引用7500余次，H因子47。申請發(fā)明專利30余件，撰寫英文著作1章。受邀擔任科創(chuàng)中國新能源產業(yè)技術經理人、省重點研發(fā)計劃指南編制專家、評審專家、自然科學基金評審專家、《Rare Metals》、《eScience》、《Journal of Materials Science & Technology》等期刊青年編委。

參考來源：

國聯(lián)民生證券《固態(tài)電池系列報告三:鹵化物或為下一代固態(tài)電池突破方向》

萬峰等《鹵化物固態(tài)電解質研究進展與展望》

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