硫化物固態電解質的分類與制備

      在新能源領域開發方面，人們已經開發出各種二次電池，用于不同領域，而以固態電解質替代有機液體電解質的全固態鋰電池，在解決傳統鋰離子電池能量密度偏低和使用壽命短這兩個關鍵問題的同時，有望徹底解決電池的安全性問題。

      電解質作為電池的重要組成部分，在正、負極之間起著傳輸離子的作用，選擇合適的電解質是提高電池功率密度、能量密度、長循環壽命，降低電池內阻，并保證其安全性的關鍵所在。硫化物類固態電解質是目前研究進展最快的一類電解質體系。

硫化物固態電解質

      硫化物固態電解質是由氧化物固態電解質衍生出來的，氧化物機體中氧元素被硫元素取代，形成了硫化物固態電解質。而硫的電負性比氧小，對鋰離子的束縛力，有利于離子的遷移，因而硫化物比氧化物具有更高的離子電導率。硫化物固態電解質主要包括Li2S—GeS2、Li2S—P2S5、Li2S—SiS2等二元化合物與Li2S—MeS2—P2S5（Me=Si，Ge，Sn，Al等）三元化合物。

二元硫化物固態電解質

       硫化物玻璃態固態電解質研究最多的是Li2S—P2S5體系。Li2S—P2S5基玻璃部分晶化后形成的微晶玻璃電解質具有更高的離子電導率，對金屬鋰高度穩定，電化學窗口大約為10V。但是目前Li2S—P2S5電解質材料仍然存在一些問題，材料的鋰離子電導率仍然較低、化學穩定性稍差、活化能較高，同時制備成本偏高，并且該體系容易與水反應生成硫化氫氣體、難以實現工業化的生產和利用。

三元硫化物固態電解質

      GeS2、SiS2、P2S5基等二元硫化物電解質普遍存在著電導率較低、電化學穩定性較差或化學穩定性較差等問題，因此普遍采用加入另外一種硫化物網絡改性劑以改善以上情況。這就是三元硫化物固態電解質。2011年，室溫離子電導率達1.2x10-2S/cm的Li10GeP2S12首次被制備出來導致了塊體材料上離子遷移率的基礎研究，促進了下一代電池的發展。由于Ge價格昂貴，Roling等人以Sn替代Ge使材料的成本降三倍。實驗表明，在27℃時Li10SnPS12具有較大的晶界阻抗，有望通過合成條件的優化來減小晶界阻抗。

硫化物固態電解質的制備

熔融法

      將起始原料按照一定的化學計量比混合均勻得到初料，初料經過高溫處理使材料熔融，熔融材料驟冷后得到玻璃態硫化物固態電解質，通過結晶玻璃態硫化物固態電解質可以進一步得到玻璃陶瓷態硫化物固態電解質。

高能球磨法

       以高能球磨處理混合后的起始原料，球磨一定時間后得到玻璃態硫化物固態電解質，析晶后可以得到玻璃陶瓷態硫化物固態電解質。

液相法

       將一定化學計量比的起始原料加入到有機溶劑中，將混合物在一定溫度下攪拌，通過離心或旋蒸法從中分離出反應后的溶質，在一定溫度下干燥，得到玻璃態硫化物固態電解質材料，進一步結晶得到玻璃陶瓷態硫化物固態電解質。

       無機固態電解質材料相比聚合物固態電解質具有更高的電導率。降低合成電解質成本，簡化合成步驟，引入較多元素，并充分發揮各個元素性能和相互協調的作用是未來硫化物固態電解質的發展方向。