蓋世汽車訊 據外媒報道，在豐橋技術科學大學（Toyohashi University of Technology）電氣和電子信息工程系的博士生項目中，研究人員開發了一種可大規模制造Li7P3S11固態電解質的技術。這種電解質可用于全固態鋰離子蓄電池。

（圖片來源：豐橋技術科學大學）

這種方法將過量的硫，以及Li7P3S11的起始材料Li2S和P2S5，一起添加到含有乙腈（ACN）、四氫呋喃（THF）和少量乙醇（EtOH）的混合溶劑中。這有助于將反應時間從24小時（甚至更長）縮短至2分鐘。通過這種方法獲得最終產品，即沒有雜質相的高純度Li7P3S11，在25°C下其離子導電性高達1.2 mS cm-1。這有助于大量生產低成本硫固態電解質，以用于全固態電池。

細節

全固態電池因非常安全，可以實現向高能量密度和高輸出功率的過渡，有望成為電動汽車的下一代電池。硫固態電解質表現出良好的離子導電性和可塑性，在電動汽車全固態電池中的應用前景廣闊。然而，目前還沒有相關的大規模商用制造技術，因為硫化物固態電解質在大氣中不穩定，其合成和加工過程需要控制大氣狀態。因此，迫切需要開發低成本、高可擴展性的硫化物固態電解質的液相制造技術。

Li7P3S11固態電解質表現出高離子導電性，是全固態電池的電解質之一。通常在乙腈（ACN）反應溶劑中，通過前體（包括不溶性化合物在內）液相合成Li7P3S11。這樣的常規反應過程需要很長時間，因為從不溶性的起始物質到不溶性的中間產物，要經過一個動力學上不利的反應。更糟糕的是，由于復雜的相形成，不溶性中間體可能產生不均勻性，從而增加大規模制造成本。

在此背景下，研究小組致力于開發一種通過均勻前體溶液液相生產高離子導電Li7P3S11固態電解質的技術。結果表明，通過最近開發的方法，在含有ACN、THF和少量乙醇的混合溶劑中，加入Li7P3S11的起始原料Li2S和P2S5，以及過量的S，可以在短短2分鐘內獲得含有可溶性多硫化鋰（Li2Sx）的均勻前體溶液。該方法快速合成的關鍵是加入少量EtOH或過量的硫生成多硫化鋰。

為了闡明該方法的反應機理，研究人員采用紫外可見光譜，探討Li2Sx添加EtOH和不添加EtOH時的化學穩定性。研究表明，當存在EtOH時，Li2Sx的化學穩定性更高。因此，該方法采取以下反應步驟。首先，鋰離子與EtOH強配位，EtOH是一種高極性溶劑。接下來，多硫化物離子對鋰離子的屏蔽可以穩定高活性S3?-自由基陰離子，這是一種多硫化合物。所生成的S3?-攻擊P2S5，打破P2S5的籠形結構，從而促進反應進展。反應生成的硫代磷酸鋰，溶解在含有ACN和THF溶劑的高溶解性混合溶劑中，可能有助于迅速獲得均勻的前體溶液。在反應過程中，可以在2小時內獲得最終產物Li7P3S11，無需球磨或高能處理。

通過該方法合成的Li7P3S11在25℃下的離子電導率為1.2 mS cm-1，高于傳統液相法（0.8 mS cm-1）或球磨法（1.0 mS cm-1）合成的Li7P3S11。這為合成硫化物固態電解質提供了一條新途徑，以實現大規模、低成本的制造技術。

未來展望

該研究團隊認為，此項研究提出的低成本技術，可用于大規模生產全固態電池用硫化物固態電解質。對于搭載全固態電池的電動汽車來說，這對其實現商業化具有重要意義。除了探討Li7P3S11作為硫化物固態電解質的應用，研究人員希望，將這一技術應用于合成Li7P3S11以外的硫化物固態電解質。

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