【會議報告】新型固態(tài)電解質(zhì)及其全固態(tài)電池

固態(tài)電池憑借高能量密度和高安全性兩大顯著優(yōu)勢，成為下一代高性能鋰電池。其核心在于采用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)液態(tài)電池的電解液和隔膜。理想的固態(tài)電解質(zhì)材料應(yīng)該擁有高離子電導(dǎo)率，界面阻抗低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全性高、機械強度高、價格低廉等特點。

固態(tài)電池的技術(shù)路線主要由不同的固態(tài)電解質(zhì)進行區(qū)分，固態(tài)電解質(zhì)主要劃分為聚合物、氧化物、硫化物三大技術(shù)路線。其中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)由于具有良好的加工性能以及極高的離子電導(dǎo)率，被認為是全固態(tài)鋰電池中的有利競爭者。與氧化物固態(tài)電解質(zhì)相比，硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成溫度較低，楊氏模量低，更易加工和致密化，與正負極材料的界面接觸性更好，粉末冷壓成片后便能獲得極高的離子電導(dǎo)率）。

按照結(jié)晶形態(tài)，硫化物固態(tài)電解質(zhì)可分為玻璃態(tài)、玻璃陶瓷態(tài)和晶態(tài)三類，其中前兩類離子電導(dǎo)率率相對較低，而晶態(tài)硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高。在晶態(tài)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)中，LGPS型（如Li₁₀GeP₂S₁₂）綜合性能較高，但由于加入Ge元素，生產(chǎn)成本較高；LPSCl型（如Li₆PS₅Cl）具備成本優(yōu)勢，且工藝成熟度較高，為目前主流選擇。

硫化物固態(tài)電解質(zhì)可采用固相法或液相法進行合成。其中，固相法以高能球磨后熱處理的方法為主，球磨過程中原材料的化學鍵被打斷，實現(xiàn)原子級別的混合，因此制備的材料可實現(xiàn)較高的離子電導(dǎo)率。

液相法通過將材料放入極性有機溶劑中攪拌，之后對溶劑蒸干、熱處理得到固態(tài)電解質(zhì)，可減少生產(chǎn)成本。但由于Li₂S、P₂S₅等原料較難溶解，往往需要較長反應(yīng)時間來得到沉淀；并且所得沉淀為含有溶劑分子的結(jié)晶物，在熱處理過程中溶劑揮發(fā)及結(jié)晶溶劑分子的分解逸出，會在電解質(zhì)顆粒內(nèi)部產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)，從而降低離子電導(dǎo)率。

空氣穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性是制約硫化物固態(tài)電解質(zhì)規(guī)模應(yīng)用的瓶頸。如合成硫化物電解質(zhì)的原材料Li₂S和P₂S₅，均存在空氣穩(wěn)定性較差的問題，需要在充滿惰性氣體、無水無氧的環(huán)境中生產(chǎn)，設(shè)備要求大幅提升。此外，生產(chǎn)過程中將產(chǎn)生有毒的硫化氫，必須進行回收處理，以防止泄漏造成安全風險。

提升硫化物固態(tài)電解質(zhì)穩(wěn)定性是眾多研究團隊關(guān)注的重點。然而，增強空氣穩(wěn)定性往往會犧牲其他性能，如離子傳導(dǎo)率。目前，硫化物固態(tài)電解質(zhì)仍面臨諸多挑戰(zhàn)。未來，穩(wěn)定性研究可能會與硫化物電解質(zhì)薄膜制造工藝相結(jié)合，尋求硫化物固態(tài)電解質(zhì)與高分子粘結(jié)劑或其他添加劑更佳的融合方式，或成為新的研究方向。

針對固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀，中國粉體網(wǎng)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(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(chǎn)、學、研合作。屆時，來自安徽大學的朱凌云教授將作題為《新型固態(tài)電解質(zhì)及其全固態(tài)電池》的報告。

專家簡介：

朱凌云，現(xiàn)為安徽大學材料科學與工程學院教授，海外引進國家級專家，享受國務(wù)院政府特殊津貼。主要從事全固態(tài)鋰離子電池材料及其薄膜合成制備研究工作。主持和參與了國家和省部級電池材料相關(guān)科研項目20余項，申請發(fā)明專利40余件，在固態(tài)電解質(zhì)和電池材料方面獲授權(quán)專利15件。近年來在全固態(tài)電池三元正極表面包覆、硫化物固態(tài)電解質(zhì)合成及負極枝晶研究方面成果明顯，在 Nature Communications, AEM, ACS Energy lett., Energy & Environmental Science等期刊發(fā)表高水平研究論文二十多篇。

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