中國粉體網訊  目前，鋰電池的安全性能受到了越來越多的關注。固態(tài)電池由于固態(tài)電解質的使用而具有較高的安全性能，關于固態(tài)電池的研究日益增加。然而，固態(tài)電池的技術瓶頸仍然存在，特別是關于固態(tài)電解質的界面問題亟待新的解決方案。

與液態(tài)電解質相比，固態(tài)電解質更加穩(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)電解質造成正負極接觸短路。此外，固態(tài)電解質還具有高的能量密度、寬的電化學窗口、高的機械延展性。用于固態(tài)電池的無機固體電解質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Na_1+xZr₂Si_xP_3-xO₁₂后被稱為“NASICON”。特別是，LiTi₂(PO₄)₃體系已被廣泛研究。LiZr₂(PO₄)₃的離子電導率非常低，但是可以通過Hf或Sn取代來提高其離子電導率。這可以通過取代形成Li_1+xM_xTi_2-x(PO₄)₃（M=Al，Cr，Ga，Fe，Sc，In，Lu，Y或La）進一步增強離子電導率，其中Al取代被證明是最有效的。Li_1+xAl_xGe_2-x(PO₄)₃體系也因其相對較寬的電化學穩(wěn)定性窗口而得到了廣泛研究。NASICON型材料被認為是適合高壓固態(tài)電池的固體電解質。

NASICON 型固態(tài)電解質 Li_1.3Al_0.3Ti_1.7(PO₄)₃（LATP）具有高的離子電導率、對空氣穩(wěn)定、寬的電化學窗口使其在全固態(tài)電池應用中具有巨大的潛力。然而，LATP電解質中的Ti離子非常容易被鋰金屬還原。因此，如何改善LATP電解質的負極穩(wěn)定性對于這類電解質的循環(huán)性能至關重要。傳統(tǒng)條件下，固態(tài)氧化物電解質的合成需要大于1000oC的高溫燒結過程。燒結得到的樣品硬度高，脆性大，機械加工性能較差，裝配成電池與電極的接觸差，造成極大的界面阻抗，最終導致差的電化學性能。因此，提高離子電導率和減小界面電阻，是發(fā)展NASICON 型固態(tài)電解質的應用的關鍵。

為解決固態(tài)電解質在全固態(tài)電池的發(fā)展中遇到的技術瓶頸問題，中國粉體網旗下粉體公開課平臺將于2021年9月24日舉辦“2021高性能固態(tài)電解質網絡研討會”，屆時來自東北師范大學的劉玉龍副教授將作《NASICON固態(tài)電解質的低溫合成及其界面研究》報告，分享他在固態(tài)電解質研究中的成果，通過最新發(fā)展的冷燒結技術結合后退火處理來得到高電導率的固態(tài)電解質。用LATP電解質作為示例，在120oC下制備了室溫電導率為8.04x10^-5Scm^-1的固態(tài)電解質。所得電解質的致密度為94%，活化能為0.37eV。通過高分辨電鏡對其進行表征發(fā)現在晶粒之間形成了高離子導電的晶界。這種新的燒結方法為發(fā)展固態(tài)電池提供了嶄新的研究思路。

報告人介紹

劉玉龍，副教授，碩士生導師。目前就職于東北師范大學化學學院，隸屬于東北師范大學動力電池國家地方聯合工程實驗室，主要從事鋰離子電池和固態(tài)鋰電池的研究。2013年獲得中南大學碩士學位后進入加拿大西安大略大學孫學良院士課題組從事鋰電池相關研究。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，加拿大莊信萬豐公(Phostech公司）和中國國聯動力電池研究中心(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.）。目前已經在包括物理學報，中國有色金屬學報，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)電解質的界面 

樊勝勝. NASICON型固態(tài)電解質的界面改性以及新型固態(tài)電解質的合成

張曉華. NASICON型鈉離子固態(tài)電解質的制備與性能研究

（中國粉體網編輯整理/青黎）

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