锡硅替代锗固态电解质降低锂电池成本

2017-07-19 09:26

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。

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