中科院物理所吴凡教授:硫化物全固态电池关键技术研究进展


来源:中国粉体网   青黎

[导读]  第三届高比能固态电池关键材料技术大会,2022年2月22-23日,武汉。

中国粉体网讯  全固态锂离子电池由于其高安全性和高能量密度被广泛认为是下一代储能器件的关键技术,而在实现全固态电池的聚合物、氧化物、硫化物三条技术路线中,硫化物固体电解质由于拥有最高的锂离子电导率和良好的机械性能而成为最有潜力的技术方向之一。


硫化物固态电解质的优势


(1)由于硫原子具有较大的原子半径、较小的电负性以及较低的锂离子结合能,硫化物与氧化物、聚合物等离子导体相比一般有更高的锂离子电导率,部分硫化物电导率甚至达到或超过了传统液态电解液。


(2)硫化物密度相比于氧化物具有较低的密度。在相同的厚度条件下,硫化物相对更低的密度能有效地减少重量,从而带来更高的重量能量密度。


(3)硫化物相比于氧化物电解质具有较低的硬度,挤压过程中更加容易变形,因此,其致密度更容易提升,其与阴阳极活性材料的接触相对会有所改善,从加工性能的角度上讲也更加便捷。


硫化物固态电解质的缺点


(1)硫化物的电化学窗口相对较窄。这意味着,硫化物在阴极侧容易被氧化,在阳极侧容易被还原,电化学层面上并不稳定。


(2)硫化物普遍对水汽比较敏感。1g 75Li2S-25P2S5粉末在40%~ 45%的相对湿度下放置1min就可以产生0.26 cm3的有毒气体 H2S,并导致离子电导率的下降。


(3)虽然硫化物固态电解质本身具有比较高的机械强度,理论上可以有效地阻挡锂枝晶的穿刺。但在实际使用过程中,当充电倍率较大时仍然不能完全阻止锂枝晶,导致短路。


虽然硫化物电解质有着上述提到的优点,然而,硫化物固态电解质面临空气(化学)失效、电化学失效、热失效、界面失效等诸多关键问题,这也极大地限制了高比能硫化物全固态电池的实际生产与应用。


实现高比能硫化物全固态电池的实际生产与应用,硫化物固态电池仍面临许多问题需要克服。2022年2月22-23日,由中国粉体网主办的“第三届高比能固态电池关键材料技术大会”将于湖北武汉东方建国大酒店举办,届时将邀请来自中科院物理所吴凡教授作《硫化物全固态电池关键技术研究进展》报告。本报告主讲人将重点关注硫化物全固态电池的关键基础科学问题和应用化开发难题,探讨团队在此领域的研发进展。




个人简历:


吴凡,国家海外高层次人才引进计划、中科院海外杰出人才引进计划、中科院海外杰出人才引进计划-B类择优支持;现任中国科学院物理研究所博士生导师、中国科学院大学教授、中科院物理所长三角研究中心科学家工作室主任、天目湖先进储能技术研究院首席科学家。2007-2011,浙江大学材料学学士;2011-2014,美国北卡州立大学材料学博士;2014-2016,美国普林斯顿大学博士后;2016-2018,哈佛大学研究科学家。


参考资料:


陈茂华. 硫化物固态电解质的优势与挑战


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