Li3PS4硫化物固態(tài)電解質(zhì)制備及其電化學性能研究

羅傳軍，張寧博，張齊齊，孔 霞，李 麗

(1.多氟多新能源科技有限公司，河南 焦作 454191；2.多氟多化工股份有限公司，河南 焦作 454191)

電動汽車、分布式儲能領(lǐng)域的快速發(fā)展，對化學電源提出了更高安全性和更高能量密度的新要求。固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)為基礎，不含易燃易爆的有機溶劑，因此具有極高的安全性；同時，固態(tài)電解質(zhì)與多種高比能型電極材料具有更好的兼容性，有望實現(xiàn)電池能量密度的大幅提升。固態(tài)電解質(zhì)直接影響固態(tài)電池的性能，硫化物固態(tài)電解質(zhì)作為一種室溫電導率極高的電解質(zhì)材料備受關(guān)注[1-2]。

目前電導率最高的硫化物電解質(zhì)為晶態(tài)硫化物電解質(zhì)和玻璃陶瓷硫化物電解質(zhì)。KANNO等[3]利用異價元素摻雜的方式獲得Li3.25Ge0.25P0.75S4晶態(tài)材料，室溫離子電導率可達0.22 S/m；開發(fā)的Li10GeP2S12室溫離子電導率可以高達1.2 S/m[4]。

硫化物玻璃電解質(zhì)中的離子遷移具有各向同性的優(yōu)點，且通過控制其化學成分來控制其性能比較容易實現(xiàn)，但是其最大的缺點在于對濕度比較敏感。據(jù)報道，硫化物玻璃電解質(zhì)如Li2S-GeS2、Li2S-P2S5、Li2S-B2S3和Li2S-SiS2體系具有較高的離子電導率，室溫下均高于10-4S/cm。在這些體系中，Li2S-SiS2玻璃電解質(zhì)具有幾個優(yōu)勢:更高的離子電導率、更高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以及制備簡單不需要真空密封。如果在Li2S-SiS2玻璃電解質(zhì)中少量加入Li3PO4、Li4SiO4或者Li4GeO4，離子電導率將會有很大的提升，室溫下能達到10-1S/m，而且其電化學窗口較寬；同時，這些鋰鹽的加入還可以提高玻璃電解質(zhì)的耐結(jié)晶性。因此研發(fā)硫化物固態(tài)電解質(zhì)迫在眉睫。……