【會議報告】硫化物固態電解質及全固態電池的研發

硫化物固態電解質是全固態鋰電池的一個重要方向。硫化物固態電解質可以加工成多種形式（如玻璃、玻璃陶瓷和晶體等），并具有良好的化學成分可調性和機械加工性。然而，目前硫化物固態電解質遇到的挑戰包括：大規模合成高品質粉體，提升電解質/電極膜的一致性，以及全固態電池中電極與界面的匹配。

由于金屬鋰、硫化鋰都不穩定，加工良品率低，所以如何實現硫化物固態電解質的低成本宏量制備是一大挑戰。目前常用的制備方法包括熔融冷萃法、球磨法（固相反應法）和液相化學反應法。熔融冷萃和球磨法受限于高熔融溫度或長研磨時間，仍需要改進以適用大規模生產。液相化學反應法可減少生產時間和成本，然而溶劑的選擇仍具有挑戰性。盡管上述合成方法存在困難和挑戰，日本的Mitsui Kinzoku和韓國的POSCO已建立硫化物電解質的試制線，年產量將分別達到10噸和24噸，證明了硫化物固態電解質規模生產的可行性。

硫化物固態電解質與電極之間會形成正極-電解質界面（CEI）和固體電解質界面（SEI），這些中間界面會阻礙Li⁺傳導，導致阻抗增加和容量衰減。目前，第一原理計算已經預測了活性材料和固態電解質的每種組合的可能產生的中相間界面，但由于界面反應是動力學現象，僅使用第一原理計算難以完全理解這些現象，比如復雜的界面現象以及界面對電池性能的影響等，因此必須定量地評估這些效果，才能更好的解決界面分解問題。

由于活性材料的膨脹和收縮以及固體電解質分解，復合電極易發生機械降解。液體電解質可以補償由充電和放電反應引起的活性材料的體積變化，而固態電解質無法自適應體積變化，應力隨充電和放電循環而累積，并且活性材料/固態電解質和活性材料/集流體界面會發生分層，導致復合電極內部產生裂紋：（1）離子和/或電子傳導路徑的彎曲度增加；（2）活性材料/SE界面處的接觸面積減?。唬?）活性材料和固態電解質的分離，導致阻抗增加和容量衰減。常用解決機械降解問題的主要方法是在反應期間使固態鋰電池加壓，壓力可以在一定程度上抑制裂紋的形成，但會增加成本且可能造成短路現象；另一種有效策略是使用具有小體積變化率的活性材料（如Li4Ti5O12）。

針對固態電池相關的技術、材料、市場及產業等方面的問題，中國粉體網將在昆山舉辦第五屆高比能固態電池關鍵材料技術大會。為致力于固態電池技術開發的企業，科研院校，以及電動車、儲能、特種應用等終端企業提供信息交流的平臺，開展產、學、研合作，共同推動行業發展。屆時，西北工業大學孔龍教授將作題為《硫化物固態電解質及全固態電池的研發》的報告。報告將從高品質、大批量合成硫化物固態電解質，硫化物固態電解質在全固態電池中的應用以及遇到的挑戰進行匯報，并從材料和電芯角度的思考與設計方案展開介紹。

專家簡介：

孔龍，西北工業大學，教授/博導。2010/2013年獲得中南大學學士/碩士學位，2016年在東京工業大學獲得博士學位。在清華大學（2016～2019）和南方科技大學（2019～2021）學習工作后，于2021年入職西北工業大學。研究領域包括固態電解質及固態電池，高比能鋰硫電池，低溫鋰電池電解液結構設計。

參考來源：

Advanced Characterization Techniques for Sulfide-Based Solid-State Lithium Batteries.

固態電池及電解質研究.投資人學習筆記

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