新型锂离子超导体可实现安全，高性能的全固态电池

基于液体电解质的锂离子电池主要用于电动汽车和储能设备的电池。然而，由于最近已经多次提出了电池安全性问题，对于使用可燃液体电解质的现有电池的使用的各种关注已经增加。为了解决该安全问题，近来，全固态电池技术引起了极大的关注，在该技术中，所有电池组件都被固态材料所替代。Kim博士在KIST的研究小组开发了一种具有超离子导电性的固体电解质，该电解质使用了一种基于硫化物的结晶结构，称为银辉石。

一种快速的锂离子传导性固体电解质材料，可与典型电池中使用的液体电解质媲美。为锂离子超导体开发的创新合成方法，在生产率和材料性能之间没有任何妥协。

韩国科学技术研究院能源材料研究中心（KIST，代理总裁尹锡镇）的Hyoungchul Kim博士的研究团队成功开发了一种可用于高强度硫化物的超离子导体。全固态电池中的高性能固体电解质。

超离子导体：一种具有高离子传输性能的材料，对应于室温下的离子电导率为10至100 mS / cm。这些材料由于在各种电化学装置（例如电池，燃料电池和传感器）中用作电解质而受到了广泛的关注。

这种新材料在室温下可提供10.2 mS / cm的锂离子电导率，可与典型锂离子电池所用的液体电解质媲美。研究团队还报告了一种新的合成技术，该技术可以将现有合成技术的处理时间减少三分之一以上。我们希望这项技术将大大加速超离子固体电解质材料的批量生产，并有助于全固态电池的商业化。

当前，基于液体电解质的锂离子电池主要用于电动车辆和储能装置的电池。然而，由于最近已经多次提出了电池安全性问题，对于使用可燃液体电解质的现有电池的使用的各种关注已经增加。

韩国科学技术研究院（KIST）能源材料研究中心的Kim，Hyoungchul博士。

为了解决该安全问题，近来，全固态电池技术引起了极大的关注，在该技术中，所有电池组件都被固态材料所替代。但是，与锂离子可以自由移动的液体电解质不同，固体电解质的锂离子电导率低至液体电解质的1/10至1/100，因为锂离子的运动被限制在刚性固体晶格。这是全固态电池技术发展中最重要，最困难的挑战之一，其技术和经济价值非常巨大。

Kim博士在KIST的研究小组开发了一种具有超离子导电性的固体电解质，该电解质使用了一种基于硫化物的结晶结构，称为银辉石。

同时，这种晶体结构由于其高的锂离子浓度和结构稳定性而具有很高的利用率，但由于锂离子在八面体笼中的结构独特性，其锂离子电导率仍低于4 mS / cm。菱镁矿晶体。该研究小组新开发了一种新颖的锂离子通道，该通道通过应用一种在特定原子位置选择性取代氯（一种卤素元素）的技术，可以跨越八面体笼。

菱铁矿：克莱门斯·温克勒（Clemens Winkler）于1886年在Ag8GeS6矿物中发现了一种晶体结构。近来，已经进行了许多研究，以用碱金属例如Li代替阳离子部位并将其应用于电化学装置。

由KIST研究人员开发的新型固体电解质材料，其锂离子电导率为10.2 mS / cm，相当于室温下常规液体电解质的电导率，并且在各种电池工作条件下仍保持电化学稳定性。

此外，KIST研究团队报告的新合成方法已引起了更多关注，因为它可以最大程度地提高超离子固体电解质材料的批量生产能力。尽管传统的固态反应过程需要几天以上的处理时间，但这项研究提出了一种简单的合成方法，该方法将纳米晶成核过程与红外快速热处理技术相结合，可将处理时间缩短至10小时以内。

固态反应过程：一种干基材料工艺，其中一种或多种固体反应产物随基本颗粒的扩散而形成。为了使反应以适当的速度发生，通常需要高温热处理。

金博士说：“在全固态电池技术领域，包括日本在内的外国研究人员正在引领这项研究。在这项研究中，开发出具有优异批量生产能力的高性能固体电解质材料具有重要意义。”他进一步评论说：“通过快速工艺合成超离子硫化物材料极有可能实现商业化，并且将来可以作为固体电解质广泛应用于电动汽车和储能系统中。”

参考：“利用原位纳米晶成核和快速晶体生长的超离子卤化富锂香石质”，作者：Wo Dum Jung，Kim Ji-Su，Sungjun Choi，Seongmin Kim，Minjae Jeon，Jung Hi-Gi，Kyung Yoon Chung，Lee Jong-Ho ，金炳国，李钟宪和金孝哲（Hyoungchul Kim），2020年3月9日，NanoLetters。DOI：
10.1021 / acs.nanolett.9b04597

这项研究得到了民用军事技术合作研究所的双重使用技术计划的支持，该计划获得了贸易，工业和能源部（宋云Yun部长）和国防采购计划管理局（王中Jung部长）的财政支持。洪）。这项工作还得到了韩国科学技术研究院的机构研究计划以及由科学和信息通信技术部资助的国家研究基金会解决气候变化的技术开发计划的支持（财长崔基永）。这项研究的结果已在线发表在Nano Letters（IF：12.279，占JCR的5.743％），这是纳米科学和纳米技术领域享有盛誉的国际期刊。