玻璃陶瓷材料用于锂电池固体电解质三

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1、玻璃陶瓷材料用于锂电池固体电解质三全固态电池用的玻璃陶瓷锂离子导体的研究始于上个世纪九十年代。玻璃陶瓷即微晶玻璃，是由玻璃的控制晶化制得的多晶固体，它与传统陶瓷材料是不同的，导电的晶相从玻璃母体中析晶出来后能够导致电导率的改良。主要分为二类：氧化物体系玻璃陶瓷固体电解质及硫化物体系玻璃陶瓷固体电解质两大类。玻璃陶瓷固体电解质在固态锂离子二次电池中的应用锂离子玻璃及玻璃陶瓷导体是一种较好的锂离子二次电池用的固体电解质，它不仅解决了液态电解质的安全性问题，而且在循环稳定性等方面都有了很大的改善。有专家报道了Li2S-SiS2-Li3PO4体系玻璃的室温电导率高

2、达10-3S／cm以及宽的电化学窗口，而且，应用Li2S-SiS2-Li3PO4玻璃作为电解质的电池具有好的循环性能，循环过程中没有充放电容量的衰减，并且通过淬冷法来制备Li2S-SiS2-LiXMOY(LiXMOY=Li4SiO4，Li4GeO4等)玻璃体系，作为固体电解质装配电池后，其电池同样具有好的电化学性能。应用高能球磨制备的(100-x)(0.6Li2S-0.4SiS2)-xLi4SiO4体系非晶材料作为电解质，LiCoO2为正极，In箔片为负极装配电池。图中显示了不同球磨时间合成的95(0.6Li2S-0.4SiS2)-5Li4SiO4作为固体

3、电解质的电池的第一次充放电曲线，用熔化-淬冷方法制备的相同组分的玻璃作为电解质装配电池后的第一次充放电曲线也在图中显示出来了。电池的平均充电电压为3．6V，平均放电电压为3．1V，能够很好的满足实用的要求。以95(0.6Li2S-0.4SiS2)-5Li4SiO4玻璃体为固体电解质组成的In／95(0.6Li2S-0.4SiS2)-5Li4SiO4／LiCoO2电池的循环性能，电池在第1、2次循环中库仑效率的降低可能是由于不可逆的合金化反应导致的，第3次循环后电池的库仑效率几乎为lOO％，这表明电极反应是可逆的，固体电极与固体电解质的界面是稳定的。根据锂离

4、子二次电池发展趋势，固体电解质将会逐渐向薄型化和小型化方向发展，室温离子电导率高，化学稳定性好，容易制备的无机薄膜固体电解质为高性能全固态锂离子电池的实现带来了新的希望。总之：玻璃和玻璃陶瓷体系的固体电解质，尤其是氧硫化物玻璃以及具有NASICON结构的氧化物玻璃陶瓷，例如LiTi2(PO4)3基和LiGe2(PO4)3基的掺杂化合物体系，它们的原料很丰富，且价格合理，而且其电子电导很低(比离子电导低4～5个数量级)，作为固体电解质时，能够很好的满足固态锂离子电池的要求。今后的研究重点将是继续探索更好的体系和更简便的制备方法，并通过玻璃陶瓷固体电解质微结构

5、的控制，进一步改善其性能。现在，锂离子导电的固体电解质在实用上还有很多的问题需要解决，这必将会给基础研究者带来新的课题。