LGPS:鋰快離子導體應用於全固態鋰電池

2020-12-04 掰特瑞

一、研究背景

鋰固態電解質離子電導率低，化學及電化學穩定性差，.需要開發新型固態電解質來滿足應用要求。

二、研究亮點

一種新型的鋰固態電解質Li10GeP2S12：具有1D的離子傳輸通道，室溫離子電導率12mS/cm。

三、研究內容

1、結構

同步輻射XRD和中子衍射揭示其結構為四方晶系，空間群為P42/nmc(137)，晶胞參數為a=8.71771(5) and c = 12.63452(10) 。

2、離子電導率及電化學穩定性

室溫離子電導率為12mS/cm，激活能為24 kJ/mol；電化學穩定性測試條件：1mV/S，-0.5-5V，可以看出電解質對金屬鋰穩定。電導率測試的電解質片厚度3-4mm。

3、電池性能

電池測試條件：1.9-3.6V，1.4mA/g。

4、工藝

Li2S, GeS2 ， P2S5原料在真空石英管中550℃燒結8h，ICP測得P/G=0.662:0.338，相當於P/G=2， 不鏽鋼罐子經搖擺30min混合均勻，30pa壓片後置於真空石英管中。

點評

這是鋰固態電解質走向突破的第一篇文章，於2011年發表，開啟了全固態電池的研究熱潮。首次突破室溫離子電導率10-2數量級，高的離子電導率源於其獨特的晶體結構。雖然表徵其對金屬鋰穩定，但後期的理論及實驗也證明了硫化物固態電解質對鋰金屬都不穩定，其能夠應用到基於金屬鋰負極的固態電池取決於與金屬鋰反應的中間產物能夠進一步保護電解質進一步分解以及鋰枝晶的生長帶來的電池性能嚴重下降。

參考文獻

Kamaya, N.; Homma, K.; Yamakawa, Y.; Hirayama, M.; Kanno, R.; Yonemura, M.; Kamiyama, T.; Kato, Y.; Hama, S.; Kawamoto, K.; Mitsui, A., A lithium superionic conductor. Nature Materials 2011, 10, 682.

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