Nano Select:氧化物固态电解质助力全固态锂电池开发

1991年,索尼公司将第一批锂离子电池商业化。在过去的30年里,锂离子电池取得了很大的进步。然而,由于与原始活性材料和体系变化不大,锂离子电池能量密度的进一步提高遇到了困难。目前,锂离子电池仍然受到低能量密度的限制,使用锂离子电池的电动汽车也因此受到阻碍。全固态锂金属电池被认为是具有高能量密度和良好可靠性的下一代储能系统,是实现500 Wh/kg的比能是汽车电力和智能电网的发展方向之一。为了实现这一目标,高性能的固态电解质是一个重要的课题,目前已经开发出了很多种固态电池体系,从综合性能上看氧化物固态电解质是较有希望的选择。

上海科技大学的刘巍教授等人在Nano Select上以三种典型的氧化物固态电解质的研究进展为出发点,对氧化物固态电解质的合成,离子传导机制,性能特点进行综述。重点总结了氧化物固态电解质的合成手段与整体成型方面的研究。

首先,该综述文章分类讨论了Garnet型Li7La3Zr2O12 (LLZO)氧化物固态电解质,NASICON型LiGexTi2-x(PO4)3(LAGP)氧化物固态电解质,Perovskite 型Li3xLa2/3-xTiO3 (LLTO)氧化物固态电解质的研究进程;之后,介绍了当前提升氧化物固态电解质性能的思路;然后根据氧化物固态电解质的形态,分类介绍了块状,薄膜,纤维型的氧化物固态电解质的制备方法。最后,该综述特别梳理了现有的固态电解质与其它电池部分一体化成型的技术。包含有共烧结—常规共烧结、共烧结—放电等离子烧结以及薄膜—物理气相沉积技术。利用一体化成型技术,可以同时合成电池的电极与电解质部分,或是在某一部分上原位合成其他部分,省去装配步骤。

该文对氧化物固态电解质的发展进行了梳理,尤其是对氧化物固态电解质的合成进行了综述,而一体化成型技术为固态电池的生产提供了一个可供参考的线路,相信随着制备工艺的日益成熟,和对界面问题的深入理解,氧化物固态电解质在固态电池中将具有更广泛的应用。

论文共同第一作者为上海科技大学物质学院硕士生魏然、陈邵杰、高天一,通讯教授为刘巍教授。

论文信息:

Challenges, fabrications and horizons of oxide solid electrolytes for solid‐state lithium batteries

Ran Wei, Shaojie Chen, Tianyi Gao, Wei Liu*

Nano Select

DOI: 10.1002/nano.202100110