中國(guó)粉體網(wǎng)訊 目前，鋰電池的安全性能受到了越來越多的關(guān)注。固態(tài)電池由于固態(tài)電解質(zhì)的使用而具有較高的安全性能，關(guān)于固態(tài)電池的研究日益增加。然而，固態(tài)電池的技術(shù)瓶頸仍然存在，特別是關(guān)于固態(tài)電解質(zhì)的界面問題亟待新的解決方案。
與液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)更加穩(wěn)定安全可靠由于其具有高的模量，即使生成鋰枝晶也無法穿透固態(tài)電解質(zhì)造成正負(fù)極接觸短路。此外，固態(tài)電解質(zhì)還具有高的能量密度、寬的電化學(xué)窗口、高的機(jī)械延展性。用于固態(tài)電池的無機(jī)固體電解質(zhì)材料主要有鈣鈦礦型，NASICON型，石榴石型和硫化物型材料。
NASICON型化合物于1960年首次被研究，并在1976年開發(fā)出Na1+xZr2SixP3-xO12后被稱為“NASICON”。特別是，LiTi2(PO4)3體系已被廣泛研究。LiZr2(PO4)3的離子電導(dǎo)率非常低，但是可以通過Hf或Sn取代來提高其離子電導(dǎo)率。這可以通過取代形成Li1+xMxTi2-x(PO4)3（M=Al，Cr，Ga，F(xiàn)e，Sc，In，Lu，Y或La）進(jìn)一步增強(qiáng)離子電導(dǎo)率，其中Al取代被證明是最有效的。Li1+xAlxGe2-x(PO4)3體系也因其相對(duì)較寬的電化學(xué)穩(wěn)定性窗口而得到了廣泛研究。NASICON型材料被認(rèn)為是適合高壓固態(tài)電池的固體電解質(zhì)。
NASICON 型固態(tài)電解質(zhì) Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）具有高的離子電導(dǎo)率、對(duì)空氣穩(wěn)定、寬的電化學(xué)窗口使其在全固態(tài)電池應(yīng)用中具有巨大的潛力。然而，LATP電解質(zhì)中的Ti離子非常容易被鋰金屬還原。因此，如何改善LATP電解質(zhì)的負(fù)極穩(wěn)定性對(duì)于這類電解質(zhì)的循環(huán)性能至關(guān)重要。傳統(tǒng)條件下，固態(tài)氧化物電解質(zhì)的合成需要大于1000oC的高溫?zé)Y(jié)過程。燒結(jié)得到的樣品硬度高，脆性大，機(jī)械加工性能較差，裝配成電池與電極的接觸差，造成極大的界面阻抗，最終導(dǎo)致差的電化學(xué)性能。因此，提高離子電導(dǎo)率和減小界面電阻，是發(fā)展NASICON 型固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用的關(guān)鍵。
為解決固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池的發(fā)展中遇到的技術(shù)瓶頸問題，中國(guó)粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺(tái)將于2021年9月24日舉辦“2021高性能固態(tài)電解質(zhì)網(wǎng)絡(luò)研討會(huì)”，屆時(shí)來自東北師范大學(xué)的劉玉龍副教授將作《NASICON固態(tài)電解質(zhì)的低溫合成及其界面研究》報(bào)告，分享他在固態(tài)電解質(zhì)研究中的成果，通過最新發(fā)展的冷燒結(jié)技術(shù)結(jié)合后退火處理來得到高電導(dǎo)率的固態(tài)電解質(zhì)。用LATP電解質(zhì)作為示例，在120oC下制備了室溫電導(dǎo)率為8.04x10-5Scm-1的固態(tài)電解質(zhì)。所得電解質(zhì)的致密度為94%，活化能為0.37eV。通過高分辨電鏡對(duì)其進(jìn)行表征發(fā)現(xiàn)在晶粒之間形成了高離子導(dǎo)電的晶界。這種新的燒結(jié)方法為發(fā)展固態(tài)電池提供了嶄新的研究思路。
報(bào)告人介紹
劉玉龍，副教授，碩士生導(dǎo)師。目前就職于東北師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，隸屬于東北師范大學(xué)動(dòng)力電池國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，主要從事鋰離子電池和固態(tài)鋰電池的研究。2013年獲得中南大學(xué)碩士學(xué)位后進(jìn)入加拿大西安大略大學(xué)孫學(xué)良院士課題組從事鋰電池相關(guān)研究。2018年博士畢業(yè)后，留組繼續(xù)從事博士后研究工作。研究合作單位包括吉林東馳新能源有限公司，加拿大莊信萬(wàn)豐公(Phostech公司）和中國(guó)國(guó)聯(lián)動(dòng)力電池研究中心(隸屬于北京有色金屬研究院),以及加拿大唯一固態(tài)電池研發(fā)初創(chuàng)公司（GLABAT Solid-state Battery Inc.）。目前已經(jīng)在包括物理學(xué)報(bào)，中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)，Nature communication，Advanced Materials，Nano Energy,Energy Storage Materials等高水平期刊發(fā)表專業(yè)論文。
資料來源：
劉玉龍. 氧化物固態(tài)電解質(zhì)的界面
樊勝勝. NASICON型固態(tài)電解質(zhì)的界面改性以及新型固態(tài)電解質(zhì)的合成
張曉華. NASICON型鈉離子固態(tài)電解質(zhì)的制備與性能研究
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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