【会议报告】硫化物固态电解质及全固态电池的研发

硫化物固态电解质是全固态锂电池的一个重要方向。硫化物固态电解质可以加工成多种形式（如玻璃、玻璃陶瓷和晶体等），并具有良好的化学成分可调性和机械加工性。然而，目前硫化物固态电解质遇到的挑战包括：大规模合成高品质粉体，提升电解质/电极膜的一致性，以及全固态电池中电极与界面的匹配。

由于金属锂、硫化锂都不稳定，加工良品率低，所以如何实现硫化物固态电解质的低成本宏量制备是一大挑战。目前常用的制备方法包括熔融冷萃法、球磨法（固相反应法）和液相化学反应法。熔融冷萃和球磨法受限于高熔融温度或长研磨时间，仍需要改进以适用大规模生产。液相化学反应法可减少生产时间和成本，然而溶剂的选择仍具有挑战性。尽管上述合成方法存在困难和挑战，日本的Mitsui Kinzoku和韩国的POSCO已建立硫化物电解质的试制线，年产量将分别达到10吨和24吨，证明了硫化物固态电解质规模生产的可行性。

硫化物固态电解质与电极之间会形成正极-电解质界面（CEI）和固体电解质界面（SEI），这些中间界面会阻碍Li⁺传导，导致阻抗增加和容量衰减。目前，第一原理计算已经预测了活性材料和固态电解质的每种组合的可能产生的中相间界面，但由于界面反应是动力学现象，仅使用第一原理计算难以完全理解这些现象，比如复杂的界面现象以及界面对电池性能的影响等，因此必须定量地评估这些效果，才能更好的解决界面分解问题。

由于活性材料的膨胀和收缩以及固体电解质分解，复合电极易发生机械降解。液体电解质可以补偿由充电和放电反应引起的活性材料的体积变化，而固态电解质无法自适应体积变化，应力随充电和放电循环而累积，并且活性材料/固态电解质和活性材料/集流体界面会发生分层，导致复合电极内部产生裂纹：（1）离子和/或电子传导路径的弯曲度增加；（2）活性材料/SE界面处的接触面积减小；（3）活性材料和固态电解质的分离，导致阻抗增加和容量衰减。常用解决机械降解问题的主要方法是在反应期间使固态锂电池加压，压力可以在一定程度上抑制裂纹的形成，但会增加成本且可能造成短路现象；另一种有效策略是使用具有小体积变化率的活性材料（如Li4Ti5O12）。

针对固态电池相关的技术、材料、市场及产业等方面的问题，中国粉体网将在昆山举办第五届高比能固态电池关键材料技术大会。为致力于固态电池技术开发的企业，科研院校，以及电动车、储能、特种应用等终端企业提供信息交流的平台，开展产、学、研合作，共同推动行业发展。届时，西北工业大学孔龙教授将作题为《硫化物固态电解质及全固态电池的研发》的报告。报告将从高品质、大批量合成硫化物固态电解质，硫化物固态电解质在全固态电池中的应用以及遇到的挑战进行汇报，并从材料和电芯角度的思考与设计方案展开介绍。

专家简介：

孔龙，西北工业大学，教授/博导。2010/2013年获得中南大学学士/硕士学位，2016年在东京工业大学获得博士学位。在清华大学（2016～2019）和南方科技大学（2019～2021）学习工作后，于2021年入职西北工业大学。研究领域包括固态电解质及固态电池，高比能锂硫电池，低温锂电池电解液结构设计。

参考来源：

Advanced Characterization Techniques for Sulfide-Based Solid-State Lithium Batteries.

固态电池及电解质研究.投资人学习笔记

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