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张隆教授:电解质材料各有各的缺点正极复合材
发布日期: 2020-01-03 05:14 发布人:沙龙官方现金网 观注度:

  2019年12月24日,“2019高比能固态电池关键材料技术研讨会暨第三届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”在江苏昆山皇冠国际会展酒店盛大开幕。在本次论坛现场,中国粉体网记者有幸采访到

  中国粉体网编辑:固体电解质是固态电池的核心,基于硫银锗矿型Li 6 PS 5 X(X = Cl、Br、I)硫化物、石榴石型LLZTO和NASICON型LAGP固体电解质有希望实现规模化应用于固态锂电池,它们分别有什么优势?

  张隆教授:这些电解质材料各有优缺点。硫化物具有“软”的优点,可以通过冷轧或低温处理成型,这种优势还适用于制备硫化物与活性物质的复合材料。硫化物的离子导电性很好,无论锂离子还是钠离子固体电解质,都有室温导电率超过商用有机电解液的报道。虽然它的理论电化学窗口较窄,但是通过掺杂改性,它能与正极或负极材料形成界面层。优化后的界面层能提高界面的化学和电化学稳定性。但是,大部分硫化物材料空气稳定性差,会与水反应形成刺激性的硫化氢气体。

  氧化物电解质材料稳定性好、安全性高,可在大气环境中制备,可用于制备有机-无机复合电解质膜。但它的离子导电性不如硫化物,且材质偏“硬”,不容易制备高离子电导率的电解质片,也需要开发新方法构建低阻抗的电池内部界面。

  中国粉体网编辑:对Li 6 PS 5 X进行优化时为什么选择含氧、含锌材料的掺杂?是基于怎样的考虑?

  张隆教授:通过掺杂进行组分调控,是解决电解质-电极材料界面问题的方法之一。对Li 6 PS 5 X进行氧掺杂可以改善硫化物电解质对氧化物阴极材料和金属锂的稳定性,提高硫化物的空气的稳定性,并且有利于形成自稳定界面。选择锌掺杂是因为在电化学循环过程中,电解质-锂负极界面会生成Li-Zn合金。该合金倾向于平行界面的成核生长,有效抑制了锂枝晶的生长。

  中国粉体网编辑:采用溶液法设计制备的硫化物包覆的正极复合材料制备过程是什么?这种正极材料有什么特点?

  张隆教授:固态电池所面临的挑战之一就是电解质与电极材料颗粒间是固-固接触,而不像有机电解液那样可以自由流动,渗透到电极的每个角落。电极材料包覆硫化物电解质后,扩大了正极中活性材料和电解质材料的有效接触面积,增加了离子运输通道。包覆的过程是将正极颗粒分散于硫化物的溶液中,其制备过程的核心是硫化物的溶液法制备。该溶液的制备途径有两种:一种是先采用固相法合成硫化物,然后再将其溶于溶剂;另一种是直接将硫化物原料或前驱体溶于溶剂,在后续的去溶剂包覆过程中同步合成硫化物粉末。此外,也可以采用浸泡、涂覆、喷涂等方法将硫化物溶液渗入预制好的电极片中,再低温干燥形成与硫化物复合的电极片。相比球磨等混料法,这种方法形成的正极复合材料,将正极中固体电解质的量降低到了最小,是一种提高全固态电池性能的有效方法。

  张隆教授:我个人认为问题主要集中在固体电解质材料的开发,改善电极材料与固体电解质的兼容性,以及利用固体电解质组装出高性能的固态电池。这些问题包括,提高离子电导率,改善电解质-电极界面稳定性,减小电解质-电极界面阻抗,抑制锂枝晶的生长。此外,还有工程化的问题,比如尽量的兼容现有的电池制备工艺。这也是前期在解决科学问题的过程中需要考虑的,例如研发固体电解质的液相制备法。

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