TRC開發出硫化物系全固態電池之水劣化解析技術

 

刊登日期:2025/5/9
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日本Toray Research Center(TRC)針對硫化物系全固態電池所使用的固體電解質,開發出一種全新的劣化解析手法。此技術針對硫化物固體電解質中的鋰磷硫氯化物進行分析,透過拉曼光譜法與X射線繞射法(XRD)等技術,確認了在暴露於水分時產生的氫氧化鋰與氯化鋰會導致離子傳導性降低,成為性能劣化的主因。TRC認為此新手法不僅適用於硫化物系全固態電池,亦可應用於使用金屬鋰的次世代電池,並計劃廣泛推廣此分析技術。

具有硫銀鍺礦型(Argyrodite)結晶構造的鋰磷硫氯化物是全固態電池中極具潛力的電解質材料之一,具備高離子傳導性與熱穩定性,但已知在接觸大氣中水分時,會釋放硫化氫氣體並造成傳導性降低。

對此,TRC著手解析在水分影響下鋰磷硫氯化物的劣化機制,進行了將200 mg的粉末樣品暴露於露點溫度控制在-50/-30℃之合成空氣中24小時的實驗。實驗中除了測量樣品的離子傳導性之外,亦結合了拉曼光譜法、XRD及程序溫控脫附/質譜法(TPD-MS)等多種分析技術,進一步探究性能變化的原因。

首先,透過阻抗測量發現,在露點-50℃條件下,由於界面電阻增加,離子傳導性明顯下降。進一步推測,這種界面電阻來自於電解質表面形成的變性層。透過XRD對其晶體結構進行分析,證實隨著露點升高,會產生氫氧化鋰與氯化鋰。

此外,利用TPD-MS分析水分的脫附溫度與含量時,發現樣品中混入大量水分,且其脫附峰值約出現在110℃左右,由此推估水分不僅吸附於材料表面,也可能滲入材料結構內部。另已確認這些水分可藉由熱處理去除,進而在一定程度上恢復其離子傳導性。

TRC指出,「濕度是影響硫化物系固體電解質性能的重要參數」。由於市場對於鋰磷硫氯化物的分析與解析需求高漲,TRC也將積極推廣新技術。此外,目前已知使用金屬鋰負極的次世代電池亦受到濕度影響,因此TRC計劃將新分析方法推廣至相關研究開發人員,期推動未來新型電池的實用化進程。


資料來源: https://chemicaldaily.com/archives/624613
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