用于固态锂离子二级电池的大众制造技术

一个研究小组Toyohashi技术大学电气和电子信息工程部建立了Li的主要制造技术₇p₃s₁₁全稳态电池的实心电解质。

将过量的硫（S）添加到包含乙腈（ACN），四氢呋喃（THF）和少量乙醇的溶剂中₂s和p₂s₅，这是李的起始成分₇p₃s₁₁（ETOH），将反应时间从24小时减少到仅两分钟。

在25°C下，使用此过程生产的最终产品非常纯净₇p₃s₁₁无杂质相和高离子电导率为1.2 ms cm^-1。这些发现允许以合理的成本为全稳态电池生产大量的硫化物固体电解质。4月28日^Th，2022年，先进的能源与可持续性研究在线发布了研究的发现。

细节

由于它们非常安全，并且可以转移到高能密度和高输出功率，因此预计所有固定状态电池是电动汽车（EVS）的下一代电池。具有高离子电导率和柔韧性的硫化物固体电解质已被积极探索，以用于电动汽车中的全稳态电池。

但是，由于固体硫化物电解质在环境中是不稳定的，并且合成和处理它们需要大气控制的过程，因此在商业化水平上没有设计大规模生产技术。

结果，需要为固体硫化物电解质创建低成本，高量表的液相制造工艺。

考虑李₇p₃s₁₁固体电解质具有高离子电导率，它们是全稳态电池的潜在竞争者。李₇p₃s₁₁通常在液相反应溶剂（例如乙腈（ACN））中合成使用不溶性前体。

这种类型的反应需要很长时间，因为它涉及从不溶性的起始物质到不溶性中间体的动力学无效反应。此外，不溶性中间体可能通过引起困难的阶段发展而导致不均匀性，从而导致更高的大规模生产成本。

鉴于此，研究团队着手创建一种生产高离子电导的方法₇p₃s₁₁固体电解质在液相中使用均匀的前体溶液。

已经证明，通过添加李₂s和p₂s₅，李的起始材料欧洲杯足球竞彩₇p₃s₁₁，以及含有ACN，THF和少量ETOH的混合物的溶剂的S s含量过多，含有可溶性锂多硫化物的均匀前体溶液（li₂s_X）可以在短短两分钟内获得。

通过添加适度的ETOH或过量的S来创建多硫化锂是该方法快速合成的关键。

紫外线光谱法用于分析LI的化学稳定性₂s_X有或不添加EtOH以了解这种方法中反应的机理。ETOH的添加提高了Li的化学稳定性₂s_X，根据研究。

锂离子与EtOH，极性溶剂和通过屏蔽锂离子的屏蔽离子具有强度的协调₃^.-激进阴离子（一种多硫化物）已经稳定。

生产的s₃^.-攻击p₂s₅，通过破坏P的笼子结构而导致反应发展₂s₅。形成硫磷酸锂，溶解在结合溶剂ACN和THF的高度溶解溶液中。

这可能有助于快速生产一致的前体溶液。李₇p₃s₁₁，最终产物可以在两个小时内无需在反应过程中使用球铣削或高能处理。

在25°C，Li₇p₃s₁₁使用这种方法合成的离子电导率为1.2 ms cm^-1，大于李₇p₃s₁₁使用传统的液相合成法（0.8 ms cm生产^-1）或球铣削（1.0 ms cm^-1）。该方法提出了合成固体硫化物电解液的新途径，并导致低成本，大规模生产技术。

未来的前景

研究小组认为，本研究中建议的低成本方法是针对全纤维状态电池大规模生产的固体硫化物电解质，对于使用所有固态电池进行商业化电动汽车至关重要。

该研究集中于Li₇p₃s₁₁作为固体硫化物电解质。这种方法也可以用于使不同的硫化物固体电解质除李以外₇p₃s₁₁。

期刊参考：

Gamo，H.，等。（2022）通过硫化物固体电解质的动态硫化物自由基阴离子的溶液加工。AESRdoi/10.1002/aesr.202200019。

资源：https://www.tut.ac.jp/english/