蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，在豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)（Toyohashi University of Technology）電氣和電子信息工程系的博士生項(xiàng)目中，研究人員開發(fā)了一種可大規(guī)模制造Li7P3S11固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)。這種電解質(zhì)可用于全固態(tài)鋰離子蓄電池。

（圖片來(lái)源：豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)）

這種方法將過(guò)量的硫，以及Li7P3S11的起始材料Li2S和P2S5，一起添加到含有乙腈（ACN）、四氫呋喃（THF）和少量乙醇（EtOH）的混合溶劑中。這有助于將反應(yīng)時(shí)間從24小時(shí)（甚至更長(zhǎng)）縮短至2分鐘。通過(guò)這種方法獲得最終產(chǎn)品，即沒(méi)有雜質(zhì)相的高純度Li7P3S11，在25°C下其離子導(dǎo)電性高達(dá)1.2 mS cm-1。這有助于大量生產(chǎn)低成本硫固態(tài)電解質(zhì)，以用于全固態(tài)電池。

細(xì)節(jié)

全固態(tài)電池因非常安全，可以實(shí)現(xiàn)向高能量密度和高輸出功率的過(guò)渡，有望成為電動(dòng)汽車的下一代電池。硫固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出良好的離子導(dǎo)電性和可塑性，在電動(dòng)汽車全固態(tài)電池中的應(yīng)用前景廣闊。然而，目前還沒(méi)有相關(guān)的大規(guī)模商用制造技術(shù)，因?yàn)榱蚧锕虘B(tài)電解質(zhì)在大氣中不穩(wěn)定，其合成和加工過(guò)程需要控制大氣狀態(tài)。因此，迫切需要開發(fā)低成本、高可擴(kuò)展性的硫化物固態(tài)電解質(zhì)的液相制造技術(shù)。

Li7P3S11固態(tài)電解質(zhì)表現(xiàn)出高離子導(dǎo)電性，是全固態(tài)電池的電解質(zhì)之一。通常在乙腈（ACN）反應(yīng)溶劑中，通過(guò)前體（包括不溶性化合物在內(nèi)）液相合成Li7P3S11。這樣的常規(guī)反應(yīng)過(guò)程需要很長(zhǎng)時(shí)間，因?yàn)閺牟蝗苄缘钠鹗嘉镔|(zhì)到不溶性的中間產(chǎn)物，要經(jīng)過(guò)一個(gè)動(dòng)力學(xué)上不利的反應(yīng)。更糟糕的是，由于復(fù)雜的相形成，不溶性中間體可能產(chǎn)生不均勻性，從而增加大規(guī)模制造成本。

在此背景下，研究小組致力于開發(fā)一種通過(guò)均勻前體溶液液相生產(chǎn)高離子導(dǎo)電Li7P3S11固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)。結(jié)果表明，通過(guò)最近開發(fā)的方法，在含有ACN、THF和少量乙醇的混合溶劑中，加入Li7P3S11的起始原料Li2S和P2S5，以及過(guò)量的S，可以在短短2分鐘內(nèi)獲得含有可溶性多硫化鋰（Li2Sx）的均勻前體溶液。該方法快速合成的關(guān)鍵是加入少量EtOH或過(guò)量的硫生成多硫化鋰。

為了闡明該方法的反應(yīng)機(jī)理，研究人員采用紫外可見光譜，探討Li2Sx添加EtOH和不添加EtOH時(shí)的化學(xué)穩(wěn)定性。研究表明，當(dāng)存在EtOH時(shí)，Li2Sx的化學(xué)穩(wěn)定性更高。因此，該方法采取以下反應(yīng)步驟。首先，鋰離子與EtOH強(qiáng)配位，EtOH是一種高極性溶劑。接下來(lái)，多硫化物離子對(duì)鋰離子的屏蔽可以穩(wěn)定高活性S3?-自由基陰離子，這是一種多硫化合物。所生成的S3?-攻擊P2S5，打破P2S5的籠形結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)展。反應(yīng)生成的硫代磷酸鋰，溶解在含有ACN和THF溶劑的高溶解性混合溶劑中，可能有助于迅速獲得均勻的前體溶液。在反應(yīng)過(guò)程中，可以在2小時(shí)內(nèi)獲得最終產(chǎn)物L(fēng)i7P3S11，無(wú)需球磨或高能處理。

通過(guò)該方法合成的Li7P3S11在25℃下的離子電導(dǎo)率為1.2 mS cm-1，高于傳統(tǒng)液相法（0.8 mS cm-1）或球磨法（1.0 mS cm-1）合成的Li7P3S11。這為合成硫化物固態(tài)電解質(zhì)提供了一條新途徑，以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、低成本的制造技術(shù)。

未來(lái)展望

該研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，此項(xiàng)研究提出的低成本技術(shù)，可用于大規(guī)模生產(chǎn)全固態(tài)電池用硫化物固態(tài)電解質(zhì)。對(duì)于搭載全固態(tài)電池的電動(dòng)汽車來(lái)說(shuō)，這對(duì)其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化具有重要意義。除了探討Li7P3S11作為硫化物固態(tài)電解質(zhì)的應(yīng)用，研究人員希望，將這一技術(shù)應(yīng)用于合成Li7P3S11以外的硫化物固態(tài)電解質(zhì)。

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