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硫化物固態(tài)電池憑借高離子電導率(達 10?2 S/cm 級)及與金屬鋰負極的良好相容性,,成為下一代高能量密度電池的核心方向,。
但硫化物固態(tài)電解質(SSE)在制備與應用中面臨材料穩(wěn)定性差、界面失效,、電極結構設計復雜及大規(guī)模生產(chǎn)工藝缺失等瓶頸,。
圖為:博億硫化物固態(tài)電解質產(chǎn)線解決方案示意圖
本文結合前沿研究與工業(yè)實踐,解析技術挑戰(zhàn)與突破路徑,,為產(chǎn)業(yè)化提供參考,。
1.化學穩(wěn)定性不足
硫化物 SSE(如硫銀鍺礦型、鋰磷硫族化物)在空氣中易與 H?O/O?反應,,24 小時離子電導率驟降 4 個數(shù)量級,,并釋放劇毒 H?S 氣體。
圖為:博億硫化物固態(tài)電解質產(chǎn)線解決方案計量配料段示意圖
本質是硫族元素高極化率致 SSE 易受質子攻擊,,晶格中鋰離子易遷移加劇界面反應,。
2.機械性能缺陷
硫化物顆粒粒徑影響機械穩(wěn)定性。Li??GeP?S??顆粒粒徑>1 μm 時,,受力 78 秒現(xiàn)微裂紋,;<1 μm 時,受力 291 秒仍完整,。
復合正極中 5 μm 粒徑 SSE 顆粒形成 1.1 μm 孔隙,,阻礙 Li?傳輸,因此需要更小粒徑(小于 2.5 μm)的顆粒來填充孔隙 ,。
圖為:博億硫化物固態(tài)電解質產(chǎn)線解決方案干燥段示意圖
3.大規(guī)模生產(chǎn)瓶頸
傳統(tǒng)固相燒結法能耗高,、結晶度難控;機械球磨法(如博億砂磨機 )制備小粒徑顆粒時,平衡粒徑減小與電導率保持是量產(chǎn)關鍵,。
4.粒徑精準調控
博億砂磨機通過對轉速,、研磨介質粒徑與填充比的調控,實現(xiàn)粒徑與結晶度平衡,。
以Li3PS4合成舉例,,轉速 1200 r/min、研磨介質 10 mm,、填充比 0.3 時,中值粒徑降至 4.9 μm,,合成時間從 5 天縮至 3 小時,。
圖為:博億硫化物固態(tài)電解質產(chǎn)線解決方案研磨段示意圖
該BOYEE-NMM機型砂磨機配備智能溫控系統(tǒng)(溫度波動 ±1℃)與耐磨轉子組件,通過低溫冷卻技術,,避免球磨超 50 小時后粒徑不再減小及電導率降至原值 1/3 的問題,,抑制界面電阻增加與溶劑殘留。
未來,,可從元素摻雜,、表面改性、制備工藝優(yōu)化等方向提升硫化物化學,、電化學穩(wěn)定性,,如摻雜金屬元素改善性能,化學改性顆粒表面抑制副反應,,精準控制燒結參數(shù)提高結晶度與純度,。
圖為:博億硫化物固態(tài)電解質產(chǎn)線解決方案示意圖
同時,持續(xù)探索新型包覆材料與方法,,在不損害電化學性能前提下,,進一步提升硫化物固態(tài)電解質性能,推進其產(chǎn)業(yè)化進程,。
參考文獻(文中數(shù)據(jù)引用標注):25 Zhao et al., Nature Energy, 202426 Hofer et al., Advanced Materials, 202331 Li et al., Journal of The Electrochemical Society, 2025
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