锂磷硫(LPS)属于硫化物固态电解质 Li7P3S11是代表性产品

锂磷硫(LPS)属于硫化物固态电解质 Li7P3S11是代表性产品

锂磷硫(LPS),为非晶态材料,是硫化物固态电解质代表性产品之一,具有热稳定性好、成本较低等优点,在固态电解质中离子电导率较高,但与其他硫化物固态电解质相比离子电导率偏低,同时还具有界面电阻较高的缺点。LPS代表性产品主要包括Li7P3S11、Li3PS4等。

  根据新思界产业研究中心发布的《2024-2029年中国Li7P3S11行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,Li7P3S11是最具代表性的LPS硫化物固态电解质,为无定形的玻璃陶瓷相固态电解质,属于三斜晶系,具有室温离子电导率较高、电化学窗口较宽、电子电导率低等特点,在200℃左右温度条件下物相稳定,超过250℃物相会产生变化,280℃时可以结晶化。

  与另一代表性硫化物固态电解质锂锗磷硫Li10GeP2S12(LGPS)进行对比,LGPS构成元素中含有锗(Ge),锗在地壳中含量较多但分布分散,是一种稀散金属,是重要的不可再生战略资源,价格较高,规模化应用存在成本限制,而Li7P3S11成本相对较低,利于规模化应用。

  Li7P3S11可以采用熔融萃取法、机械球磨法、液相合成法等工艺进行制备。与LGPS相比,Li7P3S11离子电导率较低,需要进行改性,主要是掺杂其他硫化物或者氧化物、卤化物等,以及利用热压致密化工艺,进行性能优化。

  为提高能量密度、容量,全固态锂电池负极材料通常采用金属锂,其电化学可逆性较差,锂会溶出导致电子-离子通路断开,从而形成非活性锂金属,即死锂。Li7P3S11作为固态电解质,与金属锂负极接触会形成死锂,进而使金属锂负极失活,导致全固态锂电池性能下降。可以通过负极界面修饰,在金属锂负极表面覆盖界面保护层来避免这一问题。

  Li3PS4是另一种LPS产品,离子电导率较高,电化学窗口较宽,空气化学稳定性好,具有多种晶体结构,不同晶体结构会对离子电导率产生影响。日本大阪公立大学研究小组在室温下快速加热结晶Li3PS4,首次成功稳定了具有高离子电导率的Li3PS4(α-Li3PS4)的高温相。

  根据新思界产业研究中心发布的《2024-2029年中国锂磷硫(LPS)行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示,在我国,LPS硫化物固态电解质相关研究机构主要有中国科学院物理研究所、中国科学技术大学、华中科技大学、吉林大学、厦门大学等。华中科技大学研究团队在《无机化学学报》上发表“Li7P3S11电解质的合成、传导及应用”的论文。

  新思界行业分析人士表示,与氧化物固态电解质、聚合物固态电解质相比,硫化物固态电解质通常具有更高的离子电导率,商业化应用前景广阔。但与其他类型的硫化物固态电解质相比,LPS离子电导率较低,虽然未来应用潜力大,但性能还需持续优化。

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