新型全固态锂电池用锂硫化物电解质设计与制备

目前锂电池中的有机液体电解质易挥发、易燃烧等物性造成相当大的安全隐患。要克服这些安全问题以制造出更实用化的电池，最有效的方法就是以无机固体电解质替代液体电解质,实现锂电池的全固型。固体电解质（快离子导体）研究已经表明锂硫化物是最佳的替换材料之一，开放的骨架结构和易极化的硫离子非常有利于锂离子的迁移。依托前期研究工作基础，聚焦基础研究和实际应用，本项目将探索适合锂离子迁移的硫化物新型固体电解质的设计和合成；研究包覆型硫化物锂固体电解质复合新结构的设计和制备以及纳米晶玻璃态硫化物锂固体电解质设计和制备；同时分析所制固体电解质材料的电化学性能和服役特性，积极探索总结固体电解质的离子导电性能与晶体结构、微结构以及制备方法之间关系。

本项国家自然基金青年基金课题开展三年来，基本按照任务书既定计划执行，圆满完成了课题的各项任务。. 采用固相烧结工艺制备并深入研究了多硫化物Li2ZrS4体系，研究表明该体系具有锂离子导电性、同时发现Zn对Zr位的掺杂能提高该体系的锂离子电导率。. 发现阴离子硒能显著提高固体电解质的离子电导率。在Li2S-P2S5体系中引入一定量Ge0.35Ga0.05Se0.65玻璃，可使该体系的室温离子电导率从2.6 × 10-8 S/cm提高到1.5 × 10-3 S/cm，而其电子电导率可忽略不计，锂离子迁移数高于0.9999，且该体系在100 °C下不与金属锂反应，电化学稳定窗口可高达6.5 V，与Li2S-P2S5相比，引入Ge0.35Ga0.05Se0.65玻璃后，体系的抗水解能力显著增强。该材料具有良好的应用前景。. 采用液相发将Li3.25Ge0.25P0.75S4的低分子有机溶液的前驱溶液按化学计量比混合，形成透明无色的Li3.25Ge0.25P0.75S4前驱体溶液。制备的Li3.25Ge0.25P0.75S4薄膜在30 ºC下的离子电导率高达1.8 × 10-4 S/cm，比传统薄膜全固态锂离子电池中使用的Lipon电解质高约两个数量级（1.0 × 10-6 S/cm）。.采用在球磨法制备石墨烯的基础上，添加硫粉球磨得到石墨烯与硫的复合物。该方法得到的硫层均匀覆盖在石墨烯表面的特殊结构具有良好的锂离子存储性能。在0.1C（167.5mA/g）电流密度下，放电容量高达1502 mAh/g，明显高于文献的报道值。该工作为下一步全固态锂电池的研究开展提供和积累了良好的基础条件。.