{"id":1477,"date":"2025-03-04T17:14:36","date_gmt":"2025-03-04T09:14:36","guid":{"rendered":"https:\/\/www.battery-material.com\/?p=1477"},"modified":"2025-03-04T17:21:47","modified_gmt":"2025-03-04T09:21:47","slug":"lithium-sulfide-li2s-new-opportunities-for-sulfide-all-solid-state-batteries","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.battery-material.com\/de\/lithium-sulfide-li2s-new-opportunities-for-sulfide-all-solid-state-batteries\/","title":{"rendered":"Lithiumsulfid (Li2S): neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr Sulfid-Festk\u00f6rperbatterien"},"content":{"rendered":"<p>In der n\u00e4chsten Generation fortschrittlicher Sekund\u00e4rbatterietechnologie sind Festk\u00f6rper-Lithiumbatterien und Lithium-Schwefel-Batterien die beiden wichtigsten Entwicklungssysteme. Festk\u00f6rper-Sulfidbatterien verwenden sichere, nicht entflammbare Festelektrolyte. Dies hilft, Sicherheitsprobleme zu beheben, die bei Batterien mit organischen Elektrolyten auftreten. Lithium-Schwefel-Batterien enthalten Lithiummetall als negative Elektrode. Sie verwenden Schwefel oder Lithiumsulfid (Li2S) als positive Elektrode. Diese Batterien k\u00f6nnen f\u00fcnfmal mehr Energie speichern als herk\u00f6mmliche Lithium-Ionen-Batterien. In den letzten Jahren haben diese beiden Batterietypen weltweit eine Schl\u00fcsselrolle in der Entwicklung der Energietechnologie eingenommen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"554\" height=\"335\" src=\"https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide.webp\" alt=\"\" class=\"wp-image-1478\" srcset=\"https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide.webp 554w, https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-300x181.webp 300w, https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-18x12.webp 18w\" sizes=\"(max-width: 554px) 100vw, 554px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Was ist Lithiumsulfid (Li2S)?<\/h2>\n\n\n\n<p>Lithiumsulfid (Li2S) ist f\u00fcr die Herstellung von Sulfid-Festelektrolyten (SSE) unverzichtbar. Es ist auch die erste Wahl f\u00fcr die positive Elektrode in Lithium-Schwefel-Batterien. Die Verwendung von negativen Elektroden wie Graphit und Silizium kann dazu beitragen, Sicherheitsrisiken im Zusammenhang mit Lithiummetallelektroden zu vermeiden. Daher ist die Nachfrage nach Li2S-Materialien auf dem Weltmarkt in letzter Zeit gestiegen.<\/p>\n\n\n\n<p>Bevor Lithium-Schwefel- und -Sulfid-Festk\u00f6rperbatterien Aufmerksamkeit erregten, hatte Lithiumsulfid nur wenige praktische Anwendungen. Damals besch\u00e4ftigten sich nicht viele Menschen damit. Der Herausgeber von China Powder Network \u00fcberpr\u00fcfte die Informationen. Er fand heraus, dass im 20. Jahrhundert nur wenige chinesische Dokumente \u00fcber Li2S in Batterien diskutierten. Das erste war ein Forschungsbericht von Akademiker Chen Liquan am Institut f\u00fcr Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zusammen mit Forschern der Peking-Universit\u00e4t im Jahr 1985. Nach fast 30 Jahren, etwa 2015, heizte sich die Forschungsbegeisterung f\u00fcr Lithiumsulfid allm\u00e4hlich auf. Heute ist Lithiumsulfid ein \u201eStar\u201c unter den Festk\u00f6rperbatterien und Lithium-Schwefel-Materialien.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-full\"><img decoding=\"async\" width=\"583\" height=\"600\" src=\"https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-crystal-structure.webp\" alt=\"Lithiumsulfid-Kristallstruktur\" class=\"wp-image-1479\" srcset=\"https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-crystal-structure.webp 583w, https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-crystal-structure-292x300.webp 292w, https:\/\/www.battery-material.com\/wp-content\/uploads\/2025\/03\/Lithium-sulfide-crystal-structure-12x12.webp 12w\" sizes=\"(max-width: 583px) 100vw, 583px\" \/><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Wie stellt man Lithiumsulfid (Li2S) her?<\/h2>\n\n\n\n<p>Reines Lithiumsulfid erscheint als wei\u00dfe bis gelbe Kristalle. Es hat eine Antifluoritstruktur. Seine relative Dichte betr\u00e4gt 1,66. Der Schmelzpunkt liegt bei 938 \u00b0C und der Siedepunkt bei 1372 \u00b0C. Es l\u00f6st sich leicht in Wasser und ist auch in Ethanol und S\u00e4ure l\u00f6slich. Es l\u00f6st sich jedoch nicht in Alkali. Li2S-Verbindungen kommen in der Natur nicht vor. Sie zerfallen leicht in der Luft, was zur Bildung von Schwefelwasserstoffgas f\u00fchrt. Dieses Gas riecht nach faulen Eiern.<\/p>\n\n\n\n<p>Anders als das erste k\u00f6nnen sich die beiden anderen Alkalimetallsulfide, Na2S und K2S, mit Wasser vermischen. Sie bilden hydratisierte Kristalle: Na2S\u00b79H2O und K2S\u00b75H2O. Sie k\u00f6nnen ihre wasserfreien Formen durch direktes Erhitzen erhalten. Diese drei Sulfide haben sehr \u00e4hnliche chemische Eigenschaften. Sie haben dasselbe zweiwertige Anion, S2-. Diese \u00c4hnlichkeit macht sie f\u00fcr die Papier- und Lederherstellung sowie die Gummivulkanisation n\u00fctzlich. Li2S kostet viel mehr als die beiden anderen \u00e4hnlichen Produkte. Das liegt haupts\u00e4chlich daran, dass Lithium, sein Rohstoff, teuer ist. Auch Produktion und Lagerung sind anspruchsvoll.<\/p>\n\n\n\n<p>Zu den aktuellen Methoden zur Herstellung von Lithiumsulfid geh\u00f6ren:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Kugelmahlverfahren<\/li>\n\n\n\n<li>L\u00f6sungsmittelmethode<\/li>\n\n\n\n<li>Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren<\/li>\n\n\n\n<li>Direkte Kohlenstoffverbundmethode<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Kugelmahlen<\/h3>\n\n\n\n<p><strong>Verfahrensprinzip:<\/strong> Mischen Sie elementaren Schwefel mit metallischem Lithium oder Lithiumhydrid in einer inerten Atmosph\u00e4re. Verwenden Sie dann eine mechanische Kugelm\u00fchle, um Lithiumsulfid herzustellen.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Vorteile:<\/strong> Einfacher Vorgang, umweltfreundlich, da keine Abfallfl\u00fcssigkeit entsteht.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Nachteile:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Hohe Rohstoffkosten (Lithiumhydrid)<\/li>\n\n\n\n<li>Lange Reaktionszeit<\/li>\n\n\n\n<li>Niedrige Conversion-Rate<\/li>\n\n\n\n<li>Das Produkt enth\u00e4lt Verunreinigungen wie Lithiumpolysulfid, die schwer zu reinigen sind<\/li>\n\n\n\n<li>Die Auswahl von Industrieausr\u00fcstung ist eine Herausforderung.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">L\u00f6sungsmittelmethode<\/h3>\n\n\n\n<p><strong>Verfahrensprinzip:<\/strong> Mischen Sie Lithium- und Schwefelverbindungen in einem L\u00f6sungsmittel. Diese Reaktion erzeugt Lithiumsulfid. Das L\u00f6sungsmittel kann ein organisches L\u00f6sungsmittel oder fl\u00fcssiges Ammoniak sein. Organische L\u00f6sungsmittel umfassen aliphatische Kohlenwasserstoffe, aromatische Kohlenwasserstoffe oder Etherl\u00f6sungsmittel. G\u00e4ngige Beispiele sind Ethanol, Hexan, Toluol, Ether, Tetrahydrofuran und Stickstoffmethylpyrrolidon.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Vorteile:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Fl\u00fcssigphasenreaktion ist abgeschlossen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Gefahr, dass sich Verunreinigungen festsetzen, ist geringer.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Reinigung des Produkts ist einfach.<\/li>\n\n\n\n<li>Eine Hochtemperaturbehandlung ist nicht erforderlich.<\/li>\n\n\n\n<li>Der Energieverbrauch ist gering.<\/li>\n\n\n\n<li>Der Vorgang ist einfach und die Arbeitsbedingungen lassen sich leicht kontrollieren.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>Nachteile: <\/strong>Organische L\u00f6sungsmittel k\u00f6nnen Feuer fangen, explodieren und schnell verdunsten. Dies f\u00fchrt zu schwerer Umweltverschmutzung und erschwert das Recycling. Au\u00dferdem ist der Umgang mit ihnen sehr gef\u00e4hrlich und schwer zu handhaben.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren<\/h3>\n\n\n\n<p><strong>Verfahrensprinzip: <\/strong>In einer Schutzatmosph\u00e4re, die inert oder reduzierend ist, reagieren Lithium- und Schwefelverbindungen bei hohen Temperaturen und hohem Druck. Diese Reaktion tr\u00e4gt zur Entstehung von Lithiumsulfid bei.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Vorteile: <\/strong>Der Prozess ist einfach. Es entsteht kein sch\u00e4dliches Gas. Au\u00dferdem werden hohe Temperaturen und hoher Druck verwendet, um das Austreten sch\u00e4dlicher L\u00f6sungsmittel zu verhindern. Dadurch wird die Vorbereitungszeit erheblich verk\u00fcrzt.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Nachteile:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Hohe Temperaturen und Dr\u00fccke erschweren die Kontrolle.<\/li>\n\n\n\n<li>Es gelten strenge Anforderungen an die Ausr\u00fcstung.<\/li>\n\n\n\n<li>Der Reaktionsprozess und die Nachbearbeitung bergen erh\u00f6hte Risiken.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Direkt-Carbon-Verbundverfahren<\/h3>\n\n\n\n<p><strong>Verfahrensprinzip: <\/strong>Kohlenstoff kann Materialien leicht reduzieren. Dadurch k\u00f6nnen wir Kohlenstoff direkt bei der Herstellung von Lithiumsulfid hinzuf\u00fcgen. Dadurch entsteht ein Lithiumsulfid\/Kohlenstoff-Komposit. Es hat eine gleichm\u00e4\u00dfige Dispersion, starke Leistung und eine kontrollierbare Form \u2013 alles in einem Schritt.<\/p>\n\n\n\n<p><strong>Vorteile:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Reaktion l\u00e4sst sich leichter kontrollieren. Dies hilft bei den Produktions- und Lagerungsproblemen, die durch die Empfindlichkeit von Lithiumsulfid gegen\u00fcber Wasser und Sauerstoff verursacht werden.<\/li>\n\n\n\n<li>Es steigert den Produktertrag und die Leistung.<\/li>\n\n\n\n<li>Es vereinfacht den komplexen Herstellungsprozess herk\u00f6mmlicher Lithiumsulfid-\/Kohlenstoff-Verbundstoffe.<\/li>\n\n\n\n<li>Es verbessert die Verteilung aktiver Materialien in der positiven Elektrode von Lithium-Schwefel-Batterien.<\/li>\n\n\n\n<li>Dar\u00fcber hinaus verbessert es die elektrochemische Leistung dieser Batterien.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p><strong>Nachteile:<\/strong> Die Prozesstechnologie muss verbessert werden. Die Produktqualit\u00e4t ist instabil. Au\u00dferdem ist die Morphologie des Verbundmaterials schwer zu kontrollieren.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Worin besteht die Schwierigkeit bei der Industrialisierung von Lithiumsulfid (Li2S) in Batteriequalit\u00e4t?<\/h2>\n\n\n\n<p>Lithiumsulfid ist ein wichtiger Rohstoff f\u00fcr Sulfid-Festelektrolyte. Japan, S\u00fcdkorea, die USA und China sind f\u00fchrend in der Batterietechnologie. Japan und S\u00fcdkorea treiben die Entwicklung von Festk\u00f6rperbatterien auf Schwefelbasis stark voran. Sie schmieden strategische Pl\u00e4ne, um diese Technologie voranzutreiben. Obwohl alle Unternehmen die Entwicklung von Festk\u00f6rperbatterien auf Schwefelbasis energisch vorantreiben, sind Festk\u00f6rperbatterien auf Schwefelbasis noch nicht industriell einsetzbar.<\/p>\n\n\n\n<p>Die Hauptgr\u00fcnde sind zwei Punkte:<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Die hohen Kosten der Rohstoffe, insbesondere des Lithiumsulfids.<\/li>\n\n\n\n<li>Das Schnittstellenproblem bei Feststoffbatterien auf Schwefelbasis beeintr\u00e4chtigt die Verbindung zwischen den positiven und negativen Elektroden und dem festen Elektrolyten.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<p>Lithiumsulfid ist wichtig f\u00fcr die Herstellung von Sulfid-Festelektrolyten und f\u00fcr Lithium-Schwefel-Batterien. Seine Reinheit, Partikelgr\u00f6\u00dfe und Form sind entscheidend f\u00fcr die Leistung der Batterie. Die Produktionskosten sind auch entscheidend f\u00fcr den erfolgreichen Einsatz von Lithiumsulfid in kommerziellen Batterien.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Risikoreiche Rohstoffe sind schwer zu beschaffen<\/h3>\n\n\n\n<p>Die wichtigsten Materialien f\u00fcr Lithiumsulfid sind:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Metallisches Lithium oder Lithiumhydrid<\/li>\n\n\n\n<li>Schwefelwasserstoffgas<\/li>\n\n\n\n<li>Organische L\u00f6sungsmittel<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p>Metallisches Lithium und Lithiumhydrid sind schwer zu finden und H2S ist ein sehr giftiges Gas. Daher sind Transport, Verwendung und Lagerung gef\u00e4hrlich. Die meisten organischen L\u00f6sungsmittel sind entflammbare oder explosive Gefahrenstoffe. Die Beschaffung und Lagerung von Lithiumsulfid-Rohstoffen ist mit vielen Unsicherheiten und Risiken verbunden.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Die Trennung und Reinigung hochreiner Produkte ist schwierig<\/h3>\n\n\n\n<p>Einige Elektrolythersteller verlangen mittlerweile eine h\u00f6here Reinheit f\u00fcr Lithiumsulfid. Sie legen folgende Standards fest:<\/p>\n\n\n\n<ol class=\"wp-block-list\">\n<li>Der Kohlenstoffgehalt muss 0,11 TP3T oder weniger betragen.<\/li>\n\n\n\n<li>Der Feuchtigkeitsgehalt sollte \u2264 100 mg\/kg betragen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Metallverunreinigungen m\u00fcssen unter 100 mg\/kg liegen.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Partikelgr\u00f6\u00dfe muss D50\u22647 \u00b5m und D90\u22642D50 sein.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<p>Einige Hersteller von Lithiumsulfid m\u00fcssen ihr Produkt reinigen. Dies erh\u00f6ht die Komplexit\u00e4t des Prozesses.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">Die Entwicklung spezieller Anlagen zur Lithiumsulfidproduktion ist schwierig<\/h3>\n\n\n\n<p>Lithiumsulfid ist ein neues Lithiumsalz. Es ist ein wichtiger Rohstoff f\u00fcr die n\u00e4chste Generation von Festk\u00f6rperbatterien mit hoher Energiedichte. Derzeit arbeitet China daran, dieses Material von der Kleinserienproduktion in die volle industrielle Nutzung zu \u00fcberf\u00fchren. Die Industrieausr\u00fcstung muss je nach Prozess angepasst werden, und die Entwicklung der Ausr\u00fcstung ist schwierig. Das derzeitige Materialsystem kann den Anpassungsanforderungen f\u00fcr Lithiumsulfid-Industrieausr\u00fcstung nicht gerecht werden. Das Hauptproblem, das die Industrialisierung von Lithiumsulfid behindert, ist der Bedarf an Spezialausr\u00fcstung.<\/p>\n\n\n\n<p><\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>In der n\u00e4chsten Generation fortschrittlicher Sekund\u00e4rbatterietechnologie sind Festk\u00f6rper-Lithiumbatterien und Lithium-Schwefel-Batterien die beiden wichtigsten Entwicklungssysteme. Festk\u00f6rper-Sulfidbatterien verwenden sichere, nicht brennbare Festelektrolyte. Dies hilft, Sicherheitsprobleme zu beheben, die bei Batterien mit organischen Elektrolyten auftreten. Lithium-Schwefel-Batterien enthalten Lithiummetall als negative Elektrode. 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