指标有优势的快离子固体电解质生产法.docxVIP

指标有优势的快离子固体电解质生产法 指标有优势的快离子固体电解质生产法 指标有优势的快离子固体电解质生产法 一种优势的锂快离子固体电解质的生产方法 电池在现代社会是一项关键技术，它们用于供能给电力或混合动力交通工具，并将风能或太阳能以化学能的形式储存在智能电网中，拥有高能量密度和功率密度的电化学设备目前只能由有机电解液的电池供电，然而，这类电池需要严格的安全预防措施，而制造大型系统非常复杂和昂贵，固体电解质的应用目前受到限制，这是因为它们仅仅在工作温度50~80℃时才能达到实际有效电导率(10－5S/cm)，这要比有机电解液的电池低一个数量级，在这里，介绍一种锂快离子导体，Li 10GeP 2S 12，这种材料具有新型的立体框架结构，它在室温下具有非常高的电导率（12mS/cm），这意味着固体电解液中所能达到的最高电导率，甚至超过了有机电解液, 这种新型的固态电池在设备制造方面有许多的优势（易成型，集成），稳定（无挥发性），安全（无爆炸），和优良的电化学性能（高导电性和宽电位窗口）。 对于高能量密度和功率密度的电池的需求促进了锂离子电池和锂空气电池的进步，固体电解液有指望替代有机电解液，并因此促进下一代安全高效的电池的进步，虽然不燃固体电解质的优点众所周知，但低离子电导率和低化学，电化学稳定性约束了其普遍应用。 为了克服这些问题，一项对固体电解质的新材料的研究进行了十几年，这项研究充分考虑了晶体，无定形材料，聚合物及复合材料， 尽管这些尝试，1970年发现的一氮化三锂(Li3N) ，具有高离子电导率 (室温下6×S/cm)，但其低电化学解离电势约束了实际应用，目前其他作为电池电解质的系统是结晶性材料（比如钙钛矿型氧化物，La 0.5Li 0.5TiO 3，硫化结晶锂快离子导体(thio-LISICON)， Li 3:25Ge0:25P0:75S4，玻璃陶瓷(Li7P 3S 11) ，所有这些材料具有103－S/cm数量级的离子电导率，这要低于一氮化三锂，聚合物电解质通常由锂基盐和高分子量的聚合物比如聚环氧乙烷，它们在室温下具有低电导率(10－5S/cm)，这些材料没有一种堪比有机电解质的电导率， －3和目前使用的锂离子系统(室温下通常 10S/cm)。 锂快离子导体，可作为固体电解质，在低于熔融温度时，在移动离子亚晶格中具有高离子扩散能力，这对于理解固体中快速离子输送机制非常重要（虽然这仍然是一个不寻常的现象），也是合成新型锂快离子导体的一个挑战性的问题。具有一维路径传导的Li 10GeP 2S 12表现出极高的体积电导率(按照理论计算室温下超过5.70×S/cm)，一种具有LiCoO 2/Li10GeP 2S 12/In的全固态电池表现出优良的电池性能。 合成，原料为Li 2S （纯度99.9%），P 2S 5（99%），GeS 2（99%），称重，按摩尔比Li 2S/P2S 5/GeS2为5/1/1在充氩手套箱中混合，放置在不锈钢器皿中，使用振动磨碎机(CMT，Tl-100)30分钟，试样压制成颗粒状，密封于石英管中30Pa ，加热套加热到550℃反应温度8小时，反应完成后，置于室温下自然冷却，产品即烧成。