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青島大學(xué)郭向欣教授:LLZO固態(tài)鋰電池研究進展


來源:中國粉體網(wǎng)   青黎

[導(dǎo)讀]  第三屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會,2022年2月22-23日,武漢。

中國粉體網(wǎng)訊  基于對高容量和高安全性的鋰離子電池的需求, 研究者將目光轉(zhuǎn)向固態(tài)電池,通過使用固體電解質(zhì)取代液體電解質(zhì)的方法,在提高安全性的同時,還增加了能量密度,從而逐漸成為研究焦點。固體電解質(zhì)是固態(tài)電池的關(guān)鍵原器件,科學(xué)家們對其做了大量的理論計算和實驗研究。固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率是決定固態(tài)電池性能的先決條件,同時電解質(zhì)與電極之間的界面性能也是決定固態(tài)電池性能的關(guān)鍵元素。


現(xiàn)研究較多的固體電解質(zhì)有氧化物、硫化物、聚合物,其中硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率最高,可以與液體電解質(zhì)(~10-2 S/cm)相媲美,但是其與金屬鋰負極接觸穩(wěn)定性差,而且對空氣中水分敏感,易反應(yīng)生成 H2S有毒氣體,制備成本高;聚合物電解質(zhì)柔韌性好,與正負極接觸性好,但是其電導(dǎo)率低不足以滿足商業(yè)要求;氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高、環(huán)境穩(wěn)定性好,與金屬鋰的化學(xué)相容性較好,因此受到了廣泛的關(guān)注。其中石榴石型Li7La3Zr2O12(LLZO)基固體電解質(zhì),室溫下離子電導(dǎo)率能夠達到10-3S/cm、與金屬鋰接觸穩(wěn)定性好,電化學(xué)窗口寬(>6 VvsLi/Li+ ),結(jié)構(gòu)穩(wěn)定 , 因此具備作為理想固體電解質(zhì)廣泛應(yīng)用于固態(tài)鋰電池的潛力。


雖然LLZO基固體電解質(zhì)物理化學(xué)穩(wěn)定性好,電導(dǎo)率較高,但是還不足以滿足商業(yè)需求,同時它是氧化物陶瓷,硬度大,難加工,且在界面處存在缺陷,與正負極接觸時界面接觸面積小,界面阻抗大,損害電池性能。


為深入探究石榴石型氧化物固體電解質(zhì),推動固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化。2022年2月22-23日,由中國粉體網(wǎng)主辦的“第三屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會”將于湖北武漢東方建國大酒店舉辦,屆時將邀請來自青島大學(xué)郭向欣教授作《LLZO固態(tài)鋰電池研究進展》報告。本報告主講人有著多年的石榴石型氧化物固體電解質(zhì)研究,將分享其帶領(lǐng)團隊所做的最新研究進展。



個人簡歷:


郭向欣,中國科學(xué)院“百人計劃”、上海市“浦江人才”、山東省“泰山學(xué)者特聘教授”、青島市“創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”,F(xiàn)為青島大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師,青島市“高性能固體電解質(zhì)與固態(tài)鋰電池”研究中心和山東省固態(tài)電池工程實驗室主任。主持國家自然科學(xué)基金委重點項目1項,面上項目多項,參與國家重點研發(fā)計劃“新能源汽車”重點專項。受聘為國家科技部和基金委項目評審專家,無機材料學(xué)報編委。研究工作聚焦固態(tài)離子導(dǎo)體中的離子輸運與界面調(diào)控,在氧化物固體電解質(zhì)尤其是石榴石型固體電解質(zhì)及其固態(tài)電池方面開展了系列研究工作:

(1)揭示體相結(jié)構(gòu)與表面缺陷影響離子傳輸?shù)年P(guān)鍵機理,獲得高性能氧化物電解質(zhì)粉體的批量化制備技術(shù);

(2)發(fā)現(xiàn)晶界補鋰結(jié)合氣氛熱壓的先進制備方法,獲得致密度和離子電導(dǎo)率國際領(lǐng)先的鋰鑭鋯氧陶瓷電解質(zhì);闡明金屬鋰負極與鋰鑭鋯氧陶瓷電解質(zhì)界面相互作用機理,獲得克服鋰穿透陶瓷電解質(zhì)的有效方案;

(3)將滲流理論運用到有機無機復(fù)合電解質(zhì)中,制備出性能優(yōu)異的柔性固態(tài)電解質(zhì)膜;提出制備兼具高能量密度和高安全性固態(tài)鋰電池的實用化方案。


參考來源:

穆道斌,謝慧琳等,鋰離子電池固體電解質(zhì)的研究與進展


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作者:青黎

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