高性能固态电解质 电导率与液态电解质媲美

据外媒报道，韩国科学技术研究院（KoreaInstituteofScienceandTechnology，KIST）能源材料中心的HyoungchulKim博士研究团队成功研发了一款基于硫化物的超离子导体，可作为一种高性能固态电解质，用于全固态电池。此种新材料能够在室温下，让锂离子的电导率达到10.2mS/cm，可与典型锂离子电池中使用的液态电解质相媲美。此外，该研究团队还研发了一种新型合成技术，可以将现有合成技术的处理时间缩短三分之一以上。预计该项技术将极大地加速超离子固态电解质材料的量产，促进全固态电池的商业化。

（图片来源：韩国科学技术研究院）

目前，基于液态电解质的锂离子电池重要用于电动汽车和储能设备。不过，由于此种电池的安全问题被屡次提及，人们对现有采用易燃液态电解质的电池的各种担忧也有所新增。为了解决这一安全问题，最近，全固态电池技术（所有的电池组件都被固态材料取代）引起了极大的关注。不过，与锂离子可以自由移动的液态电解质不同，由于锂离子的移动被限制在一个坚硬的固态晶格中，固态电解质的锂离子电导率只有液态电解质的1/10至1/100。这一点也成为研发固态电池技术中最重要、最困难的挑战之一，而且也有巨大的技术和经济价值。

Kim博士研究团队采用一种称为硫银锗矿的硫化物晶体结构，研发出一种具有超强导电性的固态电解质。同时，由于该晶体结构的锂离子浓度高且结构稳定，因而具有很高的应用前景。不过，由于该结构的独特性，将锂离子困在一个位于硫银锗矿晶体的八面体笼中，其锂离子电导率仍然低于4mS/cm。然而，该研究团队最近研发了一种新型锂离子通道，通过应用一种技术，在特定的原子位置上，选择性地替换掉一种卤素元素——氯，从而让锂离子能够穿越该八面体笼。KIST研发的新型固态电解质材料的锂离子电导率达到了10.2mS/cm，与室温下传统液态电解质相当，而且在各种电池工作条件下仍能保持电化学稳定性。

此外，由KIST研究团队研发的新型合成法由于可能将超离子固态电解质材料的量产率大幅提高，而受到了更多关注，因为传统固态反应工艺要几天以上的处理时间，而该研究提出的简单合成法将纳米晶成核工艺与红外快速热处理技术相结合，将处理时间缩短至10小时以内。