次世代エネルギー貯蔵技術：先進的なリチウム硫黄電池
先進リチウム硫黄電池
鍾升恒 准教授チーム
成功大学 材料科学与工程学系
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序言
1990年から、第一世代と第二世代のリチウムイオン電池は、層状酸化物正極とグラファイト負極の間でリチウムイオンの可逆充填と放出を実現するために、インターカレーション反応を通じて、リチウムイオン電池の長サイクル可逆充放電反応を効果的に実現しました。この技術により、リチウムイオン電池は他の商用充電電池と比較して、約100-350W·h Kgのより高いエネルギー密度を達成することができます。-1、電池使用時には1,000サイクル以上という極めて高い長期サイクル性能を維持し、電池静置時には月あたりわずか-5%という極めて低い自己放電効果を示します[1-3]。リチウムイオン電池は同時期の充電池をはるかに上回る高エネルギー密度と、使用上の長サイクル性および保存期間を有するため、その後30年以上にわたり、急速に成長する巨大な蓄電市場の主力となりました。同期間の継続的な研究と改質により、対応する電極活物質の蓄電容量は材料の200-300 mA·h g-1理論値の限界、長期的な最適化の技術的優位性は、次第に超えがたい理論的エネルギー密度の壁に直面しています。一方、バッテリーの構成コストに関して、正極材料のコストはバッテリーの中で最も高く、さらに上昇し続けており、リチウムイオンバッテリーの材料生産とバッテリー製造コストを押し上げています[4,5]。これに基づき、性能が制限され、コストが上昇するという二重の市場圧力の下で、リチウムイオンバッテリー市場のエネルギー密度の成長率は、年間7%からわずか2%に低下しました。この研究開発の課題は、リチウムイオンバッテリーの性能をさらに向上させ、コストを削減することが、持続可能な発展を実現し、増大するエネルギー貯蔵市場の需要に応えるための鍵であることを示しています[1-6]。
エネルギー貯蔵技術の発展を実現するために、エネルギー貯蔵市場とバッテリー産業の次世代バッテリーモジュールは、主に以下の2つの方向性を未来の発展の青写真としています。バッテリーの反応メカニズムにおいては、電気化学バッテリーの開発を進め、電気化学バッテリーの変換型電気化学反応を利用して、材料の化学エネルギーを十分に電力に変換し、高度に可逆的なエネルギー貯蔵と放電を実現する計画です。電気化学反応の活性物質材料を慎重に選択することにより、高い電気容量と電気容量利用率を実現し、バッテリーに優れたエネルギー密度と市場競争価値を持たせることができます。バッテリーの構成機構においては、固体電解質の研究開発を積極的に進め、その優れた機械的、物理的、及び電気化学的安定性を十分に発揮させることで、バッテリー反応の高い物理化学的安定性、高い安全性、及び長周期の電気化学的安定性を実現します。この2つの主要な次世代バッテリーモジュールの発展方向は、バッテリーのエネルギー貯蔵能力と安定性を多方面から向上させ、高エネルギー密度の充電バッテリーを実現し、新世代のエネルギー貯蔵バッテリーの高エネルギー密度を300-500 W·h Kgに達成することを目指しています。-1と700-800 W·h L-1[4-9]、これらのバッテリー性能の実現により、電気自動車は初めて従来のガソリン車を超える走行距離を持つことができるようになり、同時にバッテリーのコアコストをさらに削減できることが期待される。
リチウムイオン電池
図1. リチウムイオン電池の概念図とそのエネルギー貯蔵および放電時のインターカレーション型電極の酸化還元反応。
リチウムイオン電池の高エネルギー密度と優れたサイクルおよび自己放電安定性は、スタンリー・ウィッティンガムが提唱したリチウムイオンのインターカレーションおよびデインターカレーション反応に起因しています。このリチウムイオンインターカレーション電池反応により、内部回路のリチウムイオンは電解液を介して迅速に移動し、外部の電子は迅速な充放電を実現できます。内部回路のリチウムイオンは、電極活性物質の層状構造またはチャネル状構造の中で安定して保存され、外部の電子は低自己放電を達成します。また、電極活性物質の構造設計により、大容量の蓄積が実現されます。ここで、ジョン・グッデナフが開発した正極活性物質と吉野彰の含炭負極材料を組み合わせることで、リチウムデンドライト成長に関連する潜在的な不安定性問題を抑制し、リチウムイオン電池の初期商業化においてリチウム金属負極の使用とその派生する安全性の懸念を回避しました[1-6]。
リチウムイオン電池のエネルギー貯蔵と放電機能は、インターカレーション型の電極の酸化還元反応に基づいています：充電プロセスは外部システムからのエネルギーによって駆動され、正極から負極への電子の流れを促し、これにより電池内部でリチウムイオンが正極から負極に移動し、電荷差を補償し、リチウムイオンが炭素負極に蓄積され、電池全体のエネルギー貯蔵を完了します；放電プロセスは外部デバイスの作動電位差によって電子の流れを駆動し、それに伴って電池内部のリチウムイオンが一時的な負極から元の正極の活性物質の結晶構造に戻ります。この反応プロセスはエネルギーの放出を伴います（図1参照）[1-3]。
リチウムイオン電池の基本構成の核心には、正極と負極の2つの電極とその間に電解液に浸された隔離膜が含まれています。理論的には、既存の商用正負電極はそれぞれ対応する活性物質、導電材料、高分子接着剤で構成され、金属集流体に付着しています。正負電極の活性物質は、それぞれ高電容量と安定性、充放電効率と可逆性という2つの重要な性能を担っています。その中で、正極の活性物質はリチウムイオンの主要な供給源であり、高い標準酸化還元電位が必要です。一般的なリチウムイオン電池の正極材料は金属酸化物であり、性能に優れたLiCoOなどがあります。2、潜在高電位のLiMnO2、LiFePO4高エネルギー密度のLiNixMnyCozO2など、いずれも酸素原子と遷移金属の相互作用によってその高い正極電位を維持しています[3-5]。負極活性物質は高いリチウムイオン収容能力を持ち、低い標準酸化還元電位を有する必要があり、これにより正極とマッチして高い作動電圧差を実現し、高エネルギー密度の利点を得ることができます。一般的な負極材料は炭素系およびシリコン系材料とその誘導体です。導電材料は電極全体の電子導電率を増加させ、オーム極化を低下させて高い電気化学利用率と高速充放電を実現するために追加されます。接着剤は導電材料を結合して導電経路を構築し、相対的に非導電性の活性物質に巻き付け、金属集流体に貼り付けて電極構造の一貫性と導電ネットワークの完全性を確保します。集流体は正負極の特性に基づいて異なる金属薄片で作られ、電極基材としての集流体はバッテリーの導電率と電池電位の安定性に寄与します。隔離膜は高分子の多孔質薄膜であり、二つの電極の間に配置されて物理的接触を避け、短絡を防ぎ、リチウムデンドライトの急速な貫通をわずかに阻止します。また、多孔質隔離膜は電解液によって十分に浸潤され、バッテリー内のリチウムイオン伝導とイオン導電率を維持します。一般的なリチウムイオン電池の隔離膜はポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデンなどで構成されており、リチウム塩を含む環状および鎖状の炭酸エステル電解液を吸収します[1-6]。
電化学リチウム硫黄電池
電化学リチウム硫黄電池は2009年にLinda Zazarが多孔質炭を正極活性物質基材として導入し、2014年にArumugam Manthiramが多孔質炭を用いて電池構成機構を作成した後、エネルギー貯蔵の実用性と安定性が大幅に向上し、商用リチウムイオン電池の市場優位性を継続する次世代の研究開発の主力となった。リチウム硫黄電池は、リチウムイオン電池と同様の電池構成機構の中で、その高い理論電容量1675 mA·h gを達成することができる。-1の低コストの硫を電気化学的な正極として使用し、既存の固体電極の中で電容量の優れたものとなり、最低基準の酸化還元電位を持つリチウム金属負極を組み合わせた電気化学リチウム硫黄電池は2600 W·h Kgに達することができます。-1の優れた理論エネルギー密度。これに基づく電気化学的基本特性により、リチウム硫黄電池システムは、低コスト、低毒性、高豊富な活性物質を用いて、高比エネルギー密度300-500 W·h Kgを達成する機会があります。-1と700 W·h L-1[8,10-14]。
リチウム硫黄電池の注目すべき優れた電池特性は、その独特な転換型の電極酸化還元反応に基づいています：放電過程では、硫陽極が電解液中のリチウムイオンと化学反応を行い、リチウム硫化物を形成します。この反応過程では2つのリチウムイオンの転換が関与し、これは外部回路で2つの電子が移動することに相当します。さらに、硫元素の低原子量により、10倍の電極放電電量の向上が実現されます。また、硫陽極の転換電池反応は、現在のリチウムイオン電池陽極活性物質における酸化物構造の制限がなく、完全な電気化学的利用と完全な可逆反応が可能です。したがって、蓄電過程において、リチウム硫黄電池は外部システムから充電され、リチウム硫化物が硫に酸化され、2つのリチウムイオンと2つの電子がそれぞれ内部および外部回路を通じて負極に戻ります（図2参照）[10-12]。
リチウム硫黄電池の基本的な構成は商用リチウムイオン電池と同様で、基本的なボルタ電池の放電と電解電池の充電の構成機構に従っています。電池は正負の二つの電極と電解液に浸された隔離膜を含んでいますが、リチウム硫黄電池の変換電池反応はその硫黄正極の物理化学的特性と酸化還元反応によって非常に独特です（図3参照）[10-12]。リチウム硫黄電池の硫黄正極は固体電極活性物質の中で最高の理論電容量を持っていますが、非常に高い抵抗値を持ち、10に達します。−30S cm−1、固体硫(S8)と電解液中のリチウムイオンが反応し、徐々に液体多硫化物(Li2Sx、4 ≤ x ≤ 8)、その液体多硫化物は、電解液中の高い溶解度によって硫黄正極から溶出し、電解液中で不可逆的に拡散することによって、リチウム負極に到達したときにリチウム金属を汚染し、硫化リチウムの絶縁沈殿を形成します。この一連の多硫化物の生成、溶出、拡散、電極の汚染は、不可逆的な活物質の流出と電極の劣化を引き起こし、リチウム硫黄電池の急速な容量損失と短いサイクル寿命の主な原因となります（図3b参照）。正極に残る液体多硫化物の一部は、放電反応の継続中に固体硫化リチウムを形成し、この絶縁性の放電生成物も低い導電性を持ち、わずか10−14S cm−1、高い内部抵抗を引き起こし、充電反応は深刻な分極現象に直面し、可逆充電反応を制限します（図3c参照）。その後の充電反応では、固体硫化リチウムが液体多硫化物と固体硫黄に酸化されますが、充電過程で失われる液体多硫化物は、充電反応中に酸化反応によって高次多硫化物や硫黄を形成します。しかし、失われた液体多硫化物はリチウム金属負極でリチウムイオンを受け取り還元反応を行い、低次多硫化物や硫化リチウムを生成します。電気化学反応と化学反応の衝突は、低いクーロン効率を引き起こすか、電池の過充電失効を引き起こします（図3d参照）。さらに、変換型電池反応は活物質の容量とその利用率に対する制限を解除し、活物質は往復の構造変化に直面します。硫黄の密度は2.07 g cm-3；而硫化鋰密度為1.66 g cm-3正極の硫は、充放電の過程で80%の体積変化を伴い、固体と液体の相変化が起こります。これらの体積と状態の変化は、繰り返しのサイクル過程で徐々に電極構造を破壊し、正極の劣化を引き起こします（図3参照）[12-15]。
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図2. リチウム硫黄電池の概略図とそのエネルギー貯蔵および放電時の変換型電極の酸化還元反応。
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図3. リチウム硫黄電池の変換型電極の酸化還元反応における潜在的な課題：(a) 固体硫黄は高い絶縁性を持つ、(b) 液体多硫化物は高い拡散性を持つ、(c) 固体リチウム硫化物は高い絶縁性を持ち、(d) 多硫化物の拡散後に活性電極の劣化を引き起こす。
先進リチウム硫黄電池
電化学リチウム硫黄電池は、約10年間の研究開発を経て、さまざまな新しい材料と構成機構が次々と登場してきました。使用される機能性材料は、研究発表の量に基づいて、高分子、セラミック、金属に広く関与しています。年々、研究の熱潮に伴い、さまざまな時期の研究材料が研究範囲に出入りしていますが、各タイプの材料は依然として大量の炭素基材とリチウム硫黄電池との統合に依存しています。しかし、2020年以降、リチウム硫黄電池の新興産業がエネルギー貯蔵市場に進出する際に、その独特な変換電池反応と正極の固体-液体相変化が電池プロセスのパラメータに大きく影響されることがわかりました。その影響の程度は、単に学術研究と産業応用の間の大型化と量産コストの問題にとどまらず、電池の電気性能と反応電気化学の根本にまで深く関わっています。前述の電化学リチウム硫黄電池の材料制限に関連する研究成果は、データの優位性を示すことができるものの、実際には多くの課題が残されています[10-19]。
リチウム硫黄電池の電気化学反応を細かく観察すると、リチウム硫黄電池の正極活性物質は、満充電状態の固体硫黄と全放電状態の固体リチウム硫化物の両方で非常に高い絶縁性を持っています。絶縁材料の高抵抗による低い電気化学的利用率と反応過程の高い極化現象によって引き起こされる低い電気化学的安定性と効率を補うために、大量の導電性多孔性炭素と各種機能性材料が活性物質複合材料の合成に追加され、さらに大量の導電性炭素と混合されることで、電極中で実際にエネルギー貯蔵放電反応に参加する活性物質の硫黄含量が60 wt%未満の低基準となり、これにより低い比電容量と高い見積もりのバッテリー性能が生じます。多孔性炭素材料や機能性材料などの大量の非活性物質の追加は、多孔性材料の高比表面積と大孔容積、機能性材料の表面吸着性を利用して多硫化物の流出を抑制することを意図していますが、この研究路線は、電解液が多孔性炭素や機能性材料に吸収されて消耗されることをさらに引き起こすと指摘されています。そのため、バッテリーの製造過程では、部品が十分に浸潤するために過剰な電解液を追加する必要があり、反応過程で吸着された材料や電極によって継続的に消耗される電解液を補充するために大量の余剰電解液が必要になります。これにより、最大20 µL mgが発生します。-1以上の高電解液は硫との比率です。過剰な電解液は低エネルギー密度と高い多硫化物の安定性をもたらし、固体硫と硫化リチウムの還元および酸化反応が始まる際の極化問題や反応動力学の計算を隠すことにもなります。正極の製造において、ほとんどのリチウム硫黄電池は非常に低い硫黄含量、約1-2 mg cmで製造されます。-2各種電池の電気化学と性能の展示を行いますが、低硫含量の正極は固体硫黄と硫化リチウムによる絶縁と極化現象を真に反映することができず、液体多硫化物の流出問題や保持効果を真に示すことができません。逆に、ほとんどのリチウム硫黄電池は過剰なリチウム金属電極と高電解液量を組み合わせて使用するため、電池内の転換反応と正極の固体・液体相変化によって生じる不可逆的なリチウム消費量を隠蔽します[8,13-19]。
これに対して、表面的な性能データと実際の応用価値のレバレッジにおいて、新世代の電気化学リチウム硫黄電池の研究開発ルートが修正され始めている。先進的なリチウム硫黄電池の研究は、基本的な電池プロセス技術のパラメータの向上に基づく必要があり、実際に参考となる電気化学分析データを示すことを目指し、さらには電池の性能と実用性をさらに探求する必要がある。先進的なリチウム硫黄電池の指標パラメータは、電池技術パラメータの達成を重視し、正極中の不足している活性物質を増加させ、電池の過剰な電解液と負極材料を減少させることを重視し、各種の電池プロセス技術パラメータを同一の電池に統合することを目指す。
少量電解液のリチウム硫黄電池
先進リチウム硫黄電池は2021年に提案され、顕著な電池性能の改善が研究の方向性として工業的なパラメータを基準にし、これに基づいて実際の電池の電気化学データを示すことが求められています。まず、リチウム硫黄電池の重要な正極部分のデータと性能の信頼性を示すために、プロセス技術の観点から硫黄正極の総活性物質含量と荷重が60-80 wt%以上の硫黄含量と4 mg cmを達成する必要があります。-2以上の硫の含有量の低基準は、正極材料や構成機構の改質効果を示すために必要です。主に、高含有量の電極の厚膜は、電極内のイオン輸送と拡散、および電子移動抵抗を直接反映するためです。これにより、活性物質の利用率と可逆性が研究できます。また、高含有量の電極は、実際の環境で大量の多硫化物が充放電過程で発生し、深刻な拡散性を引き起こす状況を示します。さらに、液体多硫化物の生成はリチウムイオン電池の反応とは異なるため、ほとんどの研究はその生成や生成量を抑制する傾向がありますが、液体多硫化物はリチウム硫黄電池の充放電反応において必須の中間物質です。したがって、電池内の多硫化物の拡散性と腐食行動を分析するために、より現実的な試験条件が必要です。この部分の研究では、工芸技術の観点から電解液の使用量を5-10 µL mgに維持する必要があります。-1の電解液対硫比、ここでの条件下で、リチウム硫黄電池は製造時に半乾電池の状態を示し、固体電池の一つの分岐となる、すなわち少量電解液リチウム硫黄電池。少量電解液リチウム硫黄電池は大量のより現実的な電池反応を示すことができるため、すぐにリチウム硫黄電池研究の中でデータ科学の現実性を追求し、古い情報を修正する新興研究分野となり、主流のジャーナルでも影響力を発揮し、ますます多くの優れたジャーナルが文献発表時に、上記の複数の電池プロセス技術と工業パラメータをデータ性能評価の基準として提出することを要求するようになり、将来的には審査項目として採用されることになる。
希薄電解液リチウム硫黄電池の開発は、初期のリチウム硫黄電池研究に比べて、研究初期に高容量硫黄正極の電解液低減過程における電気化学特性を見出す必要があり、基礎的な電気化学特性から徐々に硫黄含有量と容量および電解液使用量の最適化の可能性をバランスさせる必要があります[18-21]。近年の研究では、低比表面積かつ高導電性材料で構成された正極複合材料と新しい物質または電池構成機構が、硫黄正極の導電性を向上させると同時に、電解液の使用量を減少させ、反応過程における消耗量を緩和できることが発見されました。したがって、大量の活物質を導電構造に収容できる設計が可能であり、低電解液消費量の下で迅速な電子伝達ネットワークを通じて高容量硫黄正極の希薄電解液リチウム硫黄電池におけるサイクル性能を維持することができます。静電紡糸で作成された導電性カーボンファイバー基材または複合無孔導電性カーボン基材を用いることで、5-20 mg cm-2の高硫黄担持量電極は、硫黄含有量約70 wt%を基準として、4-10 µL mg-1寡電解液電池中展現10 mAh cm-2の電極は電容量と高エネルギー密度が20 mWh cmに達する。-2以上、電解液の損失を抑制することで、バッテリーは200サイクルの長寿命と3ヶ月以上の長期保存が可能となります（図4a参照）[16,17,21]。その後のバッテリー製造プロセスとセル構造の研究では、適切な相分離膜、熱圧成形プロセス、選択的吸着、コアシェル電極、複合電極などの新しい研究が提案され、希薄電解液リチウム硫黄電池の特性が継続的に最適化されています[19,22-25]。
一方で、機能性吸着材料は比表面積が低く、過剰な孔がない基材として開発される際に、表面化学吸着を通じて多硫化物を捕捉し、少量の電解液電池において活性物質の流出と過剰な電解液の追加または消費を抑制することができます。このような材料が高い導電性を持つ場合、捕捉された多硫化物は電解液中で安定して伝導するリチウムイオンや基材中で迅速に伝達される電子と反応し続けることができます。酸化物材料の金属原子は多硫化物に対する吸着性を持ち、酸素原子はリチウムに対する吸着性を持つため、多くの酸化物は極性のある状態で多硫化物と安定して吸着することができます[22,26-28]。また、このような材料が成功事例が少ない導電性金属として開発されると、金属でコーティングされた金属/硫黄エネルギー材料のように、多硫化物を複合材料内で安定させ、安定した電子とイオンの輸送を維持し、5-20 mg cmを達成します。-270-75wt%の硫含量を持つ高容量硫電極と、希薄電解液電池で10-30 mWh cmを示す。-2の優れた高エネルギー密度と200-500周の長いサイクル性（図4b参照）[18,20,29]。
固体電解質リチウム硫黄電池
先進鋰硫電池も反応メカニズムと構成機構の新技術を組み合わせることができ、電気化学的なリチウム硫黄電池と固体電解質を組み合わせて固体電解質リチウム硫黄電池を製造します。この新しいリチウム硫黄電池システムは固体電解質をキーコンポーネントとしており、電子のショートを防ぐための隔離層として、また両電極間でリチウムイオンを安定的に伝達し、電極インターフェースでの安定した分布を実現するためのイオンチャネルとして機能します。したがって、固体電解質は高い電子絶縁性と高いイオン導電率を持つ必要があります。−4S cm-1高リチウムイオン輸送値は約1に近く、正負両極との低界面抵抗と高電気化学的安定性を持つ[30,31]。固体電解質をリチウム硫黄電池の開発に導入することで、固体電解質リチウム硫黄電池を設計し、多硫化物の拡散を効果的に阻止するか、全固体リチウム硫黄電池の中で多硫化物の生成を抑制することができる。また、固体電解質のリチウム硫黄電池での使用は、新しい研究で電極と電解質の界面の課題に影響を受けることが明らかになっている。負極では、リチウム金属との低電気化学的安定性と相互適合性に直面し、不規則なリチウム沈着を引き起こし、局所的な応力の増加とリチウム金属の劣化をもたらす。正極では、硫黄正極の固体-固体界面の分離と高い界面インピーダンスに直面し、活性物質、固体電解質、導電剤の間で循環過程中に永久的な分離が生じる。この化学機械的故障は、電池の急速な容量減衰と短いサイクル寿命を引き起こす。これに対処するために、異なる固体電解質は原材料の基礎における長所と短所に基づいて、徐々に異なる適性最適化を生み出している。一般的な固体電解質は、有機系の高分子固体電解質と無機系の酸化物および硫化物固体電解質に大別できる[9-11,30,31]。
高分子固態電解質は有機固体電解質であり、通常は高分子基材に溶解したリチウム塩で構成されており、柔軟性、軽量、化学的安定性、高い安全性などの利点を持ち、特に低コストと製造の容易さが利点です。高分子固態電解質で一般的に使用される高分子はポリエチレンオキシドであり、リチウムイオンはフッ化塩類のリチウム塩から供給され、ポリエチレンオキシド–CH2CH2O–基団はリチウム塩を溶解させ、その後高分子主鎖中のエーテル基団が提供する酸素とLi-O結合の形成と断裂、及びセグメント運動によってリチウムイオンを輸送します。別のタイプは高分子固体電解質のイオン導電率を向上させるために、ポリプロピレンアクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリメタクリル酸メチルなどを含むゲル固体電解質を製造します。ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンアクリレート、ポリメタクリル酸メチル基の有機固体電解質は、ゲル固体電解質コーティングや紡糸電解質薄膜を形成し、その後多硫化物正極と複合して低電気化学インピーダンスインターフェースを形成し、これにより固体電解質リチウム硫黄電池が負荷できる硫黄含量を4-16 mg cmまで向上させることができます。-2、そしてバッテリーが200サイクルとC/20-1Cの急速充放電能力を達成する（図5aに示す）[32-34]。
図5.固体電解質リチウム硫黄電池の概略図：(a)高分子、(b)酸化物、及び(c)硫化物固態電解質。
酸化物固態電解質は無機固態電解質の一つの分野であり、主にリチウム超イオン導体、ペロブスカイト、ガーネットなどの構造酸化物セラミックから構成され、安定した結晶構造とリチウムイオン輸送チャネルを持っています。リチウム超イオン導体型電解質はLi2+2xZn1−xGeO4構造が主体であり、このセラミック体は[Li11Zn(GeO4)4]3-結晶構造ネットワークが3個のリチウムイオンを収容し、空孔チャネル中を輸送できます。派生材料としては Li(4-x)Si(1-x)PxO4と Li(3+x)GexV(1-x)O4はいずれも良好なイオン伝導率と部分的に改善された材料の物理化学的安定性を有します。ペロブスカイト構造電解質は Li3xLa(2/3)-x□(1/3)-2xTiO3を主体とし、10−3S cm-1の高いリチウムイオン導電率および前述の電気化学的安定性と高い物理化学的安定性に加え、その後はセラミック体の結晶境界抵抗とリチウム金属界面の安定性に重点を置く。ガーネット構造の電解質はLi7La3Zr2O12と Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12構造が主で、すべて高いリチウムイオン導電率を達成できる。−4-10-3S cm-1。硫化物固態電解質は無機固態電解質の別の分野であり、結晶硫化物セラミックのリチウム超イオン導体Liから作られる。10GeP2S12構造は、その結晶空隙のリチウムイオン導通路を通じて10を達成します。-3-10-2S cm-1の導電率。あるいは非晶質硫化物セラミックスの Li2S–SiS2或Li2S–P2S5組成でも、10-4-10-3S cm-1イオン導電率。無機固体電解質は、過度な固体界面抵抗を排除するために多硫化物正極と複合することができ、酸化物と硫化物の固体電解質が、固体電解質リチウム硫黄電池における多硫化物正極の長いサイクルと高倍率充放電能力を安定させる（図5bおよびcを参照）[35-37]。
結論
リチウム硫黄電池の開発は、既存の商用リチウムイオン電池のエネルギー密度の発展のボトルネックと高コストの制限を突破することを目的としている。先進的なリチウム硫黄電池の研究は、過去にリチウムイオン電池を基にリチウム硫黄電池を開発するという旧思考を修正し、リチウム硫黄電池の性能を過大評価するという誤解や旧観念を打破することを目指している。次世代電池である固体電解質と組み合わせることで、先進的なリチウム硫黄電池の希薄電解液電池と固体電解質電池は、リチウム硫黄電池の反応メカニズムを革新し、高電量と低コストの硫黄電極とリチウム電極を組み合わせて高エネルギー密度のリチウム硫黄電池を実現する。また、電池のプロセスパラメータと構成機構を組み合わせることで、先進的なリチウム硫黄電池は学術的および産業的な実用性を高め、高エネルギー密度電池の優れたサイクル安定性と電池の安定性を開発することができる。
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