一、作为正极材料的掺杂剂,改善晶体结构与电化学性能
固态电池的正极材料(如层状氧化物、聚阴离子化合物等)常通过元素掺杂优化性能。锶(Sr)作为碱土金属离子,其离子半径(~1.18 )与锂(Li,~0.76 )、钙(Ca,~1.00 )等元素不同,可通过“晶格调控”发挥作用:
1. 稳定晶体结构:在层状正极材料(如LiCoO、LiNiMnCoO等)中掺杂Sr,可填充晶格间隙或取代部分过渡金属离子,抑制充放电过程中的晶格畸变(如“相变”),从而提高材料的循环稳定性和热稳定性。
2. 提升离子传导速率:Sr的引入可能调整晶格间距,为Li的脱出/嵌入提供更通畅的通道,进而提高正极材料的离子电导率,改善电池的快充性能。
二、在固态电解质中作为功能组分,增强离子传导或稳定性
固态电解质(如陶瓷类、硫化物、聚合物)的离子传导性能是固态电池的关键。锶的应用可能体现在:
1. 钙钛矿型电解质的改性:典型钙钛矿结构电解质如LiLa/TiO(LLTO),若用Sr部分取代La或Ti,可能通过“缺陷工程”调节晶格氧空位或离子空位浓度,从而优化Li的传导路径,提高电解质的离子电导率。
2. 硫化物电解质的界面优化:硫化物电解质(如LiPS)与电极的界面相容性较差,Sr的化合物(如SrS)可能作为界面修饰层,降低界面阻抗,减少副反应。
三、其他潜在用途:界面调控与负极改性
1. 电极-电解质界面修饰:锶的氧化物(如SrO)或盐类可作为界面涂层,改善电极与固态电解质的接触性,抑制锂枝晶生长(尤其在锂金属负极体系中),提升电池的安全性。
2. 新型正极材料探索:部分研究探索锶基化合物作为正极材料,如锶掺杂的钒基氧化物(SrVO),通过氧化还原反应提供额外容量,但此类应用仍处于实验室阶段,尚未规模化。
四、当前研究进展与挑战
锶在固态电池中的应用仍属于较前沿的研究方向,目前多数成果来自理论计算或小范围实验,主要挑战包括:
- Sr的引入可能影响材料的本征电化学电位,需平衡容量与电压平台;
- 锶基材料的合成成本与工艺适配性(如高温烧结对固态电解质结构的影响)需进一步优化;
- 长期循环中锶的化学稳定性(如是否与锂金属或电解液发生副反应)仍需验证。
总结
锶在固态电池中的核心作用是通过“元素掺杂”或“界面工程”优化材料的结构稳定性、离子传导性及界面相容性,但其实际应用仍需突破成本、工艺及性能匹配等瓶颈。随着固态电池技术的发展,锶基材料可能在高容量、长寿命体系中展现潜力。
红星发展(SH600367)诺德股份(SH600110)
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