溶劑對液相合成鋰固體電解質(zhì)的影響

豐橋工業(yè)大學(xué)電氣電子信息工學(xué)系研究組，博士生賀茂弘田;Atsushi Nagai，項目副教授;Atsunori Matsuda 教授證明了以其介電常數(shù)為特征的溶劑極性在液相合成中結(jié)晶 Li7P3S11的形成中起著重要作用，這是一種用于全固態(tài)鋰離子二次電池的固體電解質(zhì)。電池。在系統(tǒng)研究的溶劑中，研究小組發(fā)現(xiàn)具有高介電常數(shù)的乙腈(ACN)是液相合成Li7P3S11的最佳溶劑，因為它增強(qiáng)了硫代磷酸鋰的反應(yīng)性并能夠形成具有高導(dǎo)電性的結(jié)晶 Li7P3S11。這一成果有望推動全固態(tài)電池量產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。

細(xì)節(jié)

全固態(tài)電池由于其高安全性和能量密度，作為下一代電池備受關(guān)注，特別是有望應(yīng)用于電動汽車。全固態(tài)電池的實際應(yīng)用需要高離子電導(dǎo)率硫化物固體電解質(zhì)的量產(chǎn)技術(shù)。在固體電解質(zhì)的合成方法中，液相合成由于其低成本和適合大規(guī)模生產(chǎn)而最有前途。雖然 Li7P3S11因其高離子電導(dǎo)率而成為全固態(tài)電池固體電解質(zhì)的候選材料之一，但溶劑對結(jié)晶 Li7P3液相合成的影響S11尚未進(jìn)行系統(tǒng)研究。

因此，課題組選擇了8種物理化學(xué)性質(zhì)不同的有機(jī)溶劑，揭示了溶劑種類對Li7P3S11液相合成反應(yīng)的影響。在研究的溶劑中，他們發(fā)現(xiàn)使用 1,4-二惡烷 (Dox)、四氫吡喃 (THP) 和 ACN 作為溶劑會導(dǎo)致形成結(jié)晶 Li7P3S11并且在具有較高介電常數(shù)的有機(jī)溶劑中趨于獲得較高的電導(dǎo)率。應(yīng)用于樣品的溶劑的介電常數(shù)越高，熱處理過程中發(fā)生去溶劑化的溫度就越高。這表明溶劑的介電常數(shù)是與硫代磷酸鋰化學(xué)相互作用強(qiáng)度的指標(biāo)。通常，溶劑中的反應(yīng)性由介電常數(shù)、偶極矩、供體數(shù)等表征。在Li7P3S11的液相合成中，發(fā)現(xiàn)在具有高介電常數(shù)的溶劑中觀察到高反應(yīng)性。

從干燥工序的觀點考慮，優(yōu)選沸點低的溶劑。基于這些綜合特性，研究組證明乙腈是液相合成高電導(dǎo)率結(jié)晶Li7P3S11的最佳反應(yīng)溶劑。

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