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锡硅替代锗 固态电解质降低锂电池成本

2017-07-19 09:26
来源: 盖世汽车

据外媒报道,东京工业大学(Tokyo Institute of Technology)的研究人员研发了一项新技术方案——无锗固态电解质,可降低固态锂电池的成本,并致力于将该项技术应用到电动车、通信及其他行业中。

无锗固态电解质

该研究团队在在美国化学会(ACS)期刊——《材料化学(Chemistry of Materials)》上发表了论文,其技术方案为:采用锡与硅替代固态电解质内的锗(germanium)元素,因为上述两项材料的化学稳定性更强。相较于液态电解质,新材料提升了锂离子的导电率。在谈论其研究成果时,Ryoji Kanno与他的同事表示:“这款固态电解质不含锗,未来或许所有固态电池都会采用该电解质。”

配有固态电解质(SEs)的全固态电池系统有望角逐新一代电池。据估计,该类电池所能提供的电量大、能源密度高、性能稳定、安全性能也有所提高。硫化物基锂离子导体(Sulfide-based lithium-ion conductors)的导电性高、电化学窗口(也有译作:“电位范围”,electrochemical windows)及机械性能也不错。为此,目前许多机构都在大力研发固态电解质。

Li10GeP2S12(LGPS)是结晶硫电解质产品系列的新成员,其导电性为1.2 × 10?2 S cm?1,可媲美有机液态电解质(organic liquid electrolytes)。全固态电池LiCoO2/LGPS/In?Li采用LGPS电解质,其充放电性能相当出色。然而,锗元素价格相对较贵,或将限制LGPS材料的广泛应用。

在设计锂离子导体时,晶体结构类型也是一项重要因素。若不同材料的结构类型相近,且固体的导电性高,那么新材料的导电性能就会更好。LGPS类结构的锂离子扩散率高。未来,硅基及锡基的无锗材料均可能被用作为固态电解质并得到实际应用。

锡硅替代锗 固态电解质降低锂电池成本

新材料的原子排布被命名为LSSPS。新款无锗材料采用的结果为Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12 (Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4。

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