全固态锂离子电池硫化物电解质的研究进展

全固态锂离子电池硫化物电解质的研究进展
徐 强1*,莫珊珊1,徐志彬2,刘佳荃3,丁 飞2,刘兴江2

(1.天津大学化工学院,天津300072;2.中国电子科技集团公司第十八研究所化学与物理电源重点实验室,天津300384;3.乔治华盛顿大学工程与应用科学学院,美国华盛顿特区20052)

摘要:目前,锂离子电池已经广泛地应用于交通、通讯、便携式电子产品及电动工具等领域。传统的锂离子电池采用液体电解液,存在易挥发、易泄漏、抗冲击性能差等缺点,存在安全隐患。全固态电解质具有热稳定性高、循环寿命长、抗震动性能好等优点,是锂离子电池取代液体电解液的一种理想替代方案。硫化物电解质体系具有离子导电率高、制备简便、电化学窗口宽等优点,已经成为全固态锂离子电池的研究热点。综述了全固态锂电池Li2S-P2S5基电解质的最新研究进展,总结了各种性能改进方法,并对其应用前景做了展望。

关键词:全固态锂离子电池;硫化物电解质;机械球磨;离子电导率;化学稳定性

目前,商品化锂离子电池普遍采用液态电解质和凝胶电解质,其低燃点、低闪点和漏液等问题带来了很大的安全隐患,而部分产业化的聚合物电解质存在低温性能和大功率输出能力不佳的问题,因此,发展新型电解质是锂离子电池产业升级的关键之一[1-2]。相对于液体电解质和凝胶电解质,无机固体电解质具有以下优点:1)不挥发,一般不可燃;2)能够在宽的温度范围内工作,特别是高温下;3)有些固体电解质材料具有很宽的电化学窗口,这使得高电压电池材料有望得到应用,从而提高电池的能量密度;4)具有较高的强度和硬度,能够有效地阻止锂枝晶的刺穿,从而提高电池的安全性[3]。因此,无机固体电解质已经成为当今锂离子电池领域的一个研究热点。

高性能无机电解质要求具有较高的离子电导率和良好的电化学稳定性[4-5],对其晶体结构的基本要求是:1)在晶格中移动的离子大小应该具有合适的大小;2)移动离子的亚晶格结构是无序的;3)移动离子和阴离子的亚晶格结构应该高度极化[6]。能够满足上述要求的无机电解质主要包括氧化物体系和硫化物两大类体系。其中硫化物体系具有离子电导率高、制备方法简便等优点,现已经成为全固态锂离子电池的一个研究热点

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