NASICON固态电解质的低温合成及其界面研究

     中国粉体网讯  目前，锂电池的安全性能受到了越来越多的关注。固态电池由于固态电解质的使用而具有较高的安全性能，关于固态电池的研究日益增加。然而，固态电池的技术瓶颈仍然存在，特别是关于固态电解质的界面问题亟待新的解决方案。

与液态电解质相比，固态电解质更加稳定安全可靠由于其具有高的模量，即使生成锂枝晶也无法穿透固态电解质造成正负极接触短路。此外，固态电解质还具有高的能量密度、宽的电化学窗口、高的机械延展性。用于固态电池的无机固体电解质材料主要有钙钛矿型，NASICON型，石榴石型和硫化物型材料。

NASICON型化合物于1960年首次被研究，并在1976年开发出Na1+xZr2SixP3-xO12后被称为“NASICON”。特别是，LiTi2(PO4)3体系已被广泛研究。LiZr2(PO4)3的离子电导率非常低，但是可以通过Hf或Sn取代来提高其离子电导率。这可以通过取代形成Li1+xMxTi2-x(PO4)3（M=Al，Cr，Ga，Fe，Sc，In，Lu，Y或La）进一步增强离子电导率，其中Al取代被证明是最有效的。Li1+xAlxGe2-x(PO4)3体系也因其相对较宽的电化学稳定性窗口而得到了广泛研究。NASICON型材料被认为是适合高压固态电池的固体电解质。

NASICON 型固态电解质 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3（LATP）具有高的离子电导率、对空气稳定、宽的电化学窗口使其在全固态电池应用中具有巨大的潜力。然而，LATP电解质中的Ti离子非常容易被锂金属还原。因此，如何改善LATP电解质的负极稳定性对于这类电解质的循环性能至关重要。传统条件下，固态氧化物电解质的合成需要大于1000oC的高温烧结过程。烧结得到的样品硬度高，脆性大，机械加工性能较差，装配成电池与电极的接触差，造成极大的界面阻抗，最终导致差的电化学性能。因此，提高离子电导率和减小界面电阻，是发展NASICON 型固态电解质的应用的关键。

为解决固态电解质在全固态电池的发展中遇到的技术瓶颈问题，中国粉体网旗下粉体公开课平台将于2021年9月24日举办“2021高性能固态电解质网络研讨会”，届时来自东北师范大学的刘玉龙副教授将作《NASICON固态电解质的低温合成及其界面研究》报告，分享他在固态电解质研究中的成果，通过最新发展的冷烧结技术结合后退火处理来得到高电导率的固态电解质。用LATP电解质作为示例，在120oC下制备了室温电导率为8.04x10-5Scm-1的固态电解质。所得电解质的致密度为94%，活化能为0.37eV。通过高分辨电镜对其进行表征发现在晶粒之间形成了高离子导电的晶界。这种新的烧结方法为发展固态电池提供了崭新的研究思路。

刘玉龙，副教授，硕士生导师。目前就职于东北师范大学化学学院，隶属于东北师范大学动力电池国家地方联合工程实验室，主要从事锂离子电池和固态锂电池的研究。2013年获得中南大学硕士学位后进入加拿大西安大略大学孙学良院士课题组从事锂电池相关研究。2018年博士毕业后，留组继续从事博士后研究工作。研究合作单位包括吉林东驰新能源有限公司，加拿大庄信万丰公(Phostech公司）和中国国联动力电池研究中心(隶属于北京有色金属研究院),以及加拿大唯一固态电池研发初创公司（GLABAT Solid-state Battery Inc.）。目前已经在包括物理学报，中国有色金属学报，Nature communication，Advanced Materials，Nano Energy,Energy Storage Materials等高水平期刊发表专业论文。