全固態(tài)鋰電池組成部分是什么？

新能源鋰電池作為熱門關注的行業(yè)，未來高能量密度的全固態(tài)鋰電池會成為主要發(fā)展方向，其組成部分主要由薄膜負極，薄膜正極和固態(tài)電解質組成。薄膜物質可以有多種選擇材質。

1、全固態(tài)鋰電池的薄膜負極

薄膜負極材料主要分為鋰金屬及金屬化合物，氮化物和氧化物。

金屬鋰是最具代表性的薄膜負極材料。其理論比容量高達3600mAh/g，金屬鋰非常活潑，其熔點只有180℃，非常容易與水和氧發(fā)生反應，電池制造工藝中很多溫度較高的焊接方式都不能直接應用在鋰金屬負極電芯的生產中。

鋰合金材料不但具有較高的理論比容量，還可以降低鋰的電化學活性。常見的鋰金屬化合物有LixSi、LixAl、LixPb等。但鋰化合物在充放電過程中，體積變化明顯，容易造成晶格結構的崩塌。

氮化物負極材料可以分為鋰金屬氮化物，鋰過渡金屬氮化物和非金屬氮化物。鋰金屬氨化物可逆容量高，嵌鋰平臺低，主要種類有CrN、Cu3N、Ge3N4等。鋰過渡金屬氮化物有Li3-xCoxN、Li3FeN2等；非鋰金屬氮化物有SiN，VN等。氮化物做負極的主要特點是高的離子電導率和可逆容量。

氧化物負極材料可以分為金屬氧化物和金屬基復合氧化物。金屬氧化物負極有Ti02、Al203、In203、SiOx等；金屬基復合物氧化物有Li4Ti5012、LixMo02、LixWO2、LiNiVO4、Sn AlxOy等；Si0x和SnAlxOy 等容量雖然高，但衰減也比較明顯。

LixMoO2循環(huán)性好，但容量比較低。具有尖晶石結構的Li4Ti5012被稱為“零應材料”，是穩(wěn)定性極好的一種負極材料。

2、全固態(tài)鋰電池的薄膜正極

大多數能夠膜化的高電位材料均可用于固態(tài)化鋰電薄膜正極材料。薄膜正極材料主要分為金屬氧化物，金屬硫化物和釩氧化物。

適合做正極材料的金屬化合物，多數已經在傳統(tǒng)鋰電池領域得到了應用，比如Li Mn204、Li Co O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/302、Li Ni O2、Li Fe PO4等。

金屬硫化物被用作鋰電池正極材料，包括TiS2、FeS2、SnS2和CuS2等。其中，Ti S2薄膜材料的能量密度達到了450Whkg-1，在嵌入和脫嵌鋰過程中擁有接近100%

的庫倫效率。

釩氧化物做正極材料，主要是指V205，無定形V205材料循環(huán)穩(wěn)定性好，可逆容量高，是一種比較有研究潛力的材料。

3、全固態(tài)鋰電池的固體電解質

固體電解質，以固態(tài)形式在正負極之間傳遞電荷，要求固態(tài)電解質有高的離子電導率和低的電子電導率。固態(tài)化電解質大致可以分為無機固態(tài)電解質、固態(tài)聚合物電解質和無機有機復合固態(tài)電解質。

無機固態(tài)電解質是典型的全國態(tài)電解質，不含液體成份，熱穩(wěn)定性好，從根本上解決了鋰電池的安全問題。加工性好，厚度可以達到納米尺寸，主要用于全固態(tài)薄膜電池。

無機固態(tài)電解質，從構型不同的角度出發(fā)，又包括NASICON結構，LISICON結構和ABO3的鈣鈦礦結構。鋰金屬化合物比鈉金屬化合物的電導率大，這是構型中，鋰離子所處的空間位置決定的。鈣鈦礦結構的化合物主要是利用A位的空缺來增加鋰離子的活動空間來提高鋰離子電導率。

玻璃態(tài)的無機固態(tài)電解質主要有氧化物（例如，P205、B203、SiO2、Li20等）、硫化物（Li2S、Si52等）、硫氧化物（Li S-Si S2中摻入少量的Li3PO4、LiAl O2、Li2SiO3等）。

和氨氧化物（Li PON、Li SiPON、LiSON）等。其中硫化物的熱穩(wěn)定性比較差，加入適當的氧化物，可以提高固態(tài)電解質的穩(wěn)定性和離子導電率。

無機固態(tài)電解質離子電導率較高，電子電導率較低，電化學穩(wěn)定窗口寬，結構穩(wěn)定，易于成膜，工藝簡單，具有廣闊的應用前景。

固態(tài)化聚合物電解質，由鋰鹽和聚合物構成，大致可以分為全固態(tài)類和凝膠類。全固態(tài)類是由鋰鹽和高分子基質絡合而成的。鋰鹽例如：Li PF6、Li BF4、LiCl04、LiAs F6等。高分子基質比如：PEO、PAN、PVDF、PVDC和PMMA等。凝膠類是由鋰鹽與液體塑化劑，溶劑等與聚合物基質形成穩(wěn)定凝膠的電解質材料。電化學穩(wěn)定性良好，安全性較好，工藝簡單?，F在我們常說的聚合物鋰電池，擁有加高的能量密度和較好的安全性，其電解質就是凝膠類聚合物作為電解質的產品。

無機有機復合固態(tài)電解質，是指在聚合物的固態(tài)電解質當中加入無機填料所形成的一類電解質。一定量活性無機填料的加入可以增加鋰離子擴散通道，離子電導率明顯提高。

全固體電解質的研究主要集中在開發(fā)高電導率無機電解質和有機-無機復合電解質。硫化物固體電解質具有較高的室溫離子電導率，但是其環(huán)境穩(wěn)定性差。氧化物固體電解質化學穩(wěn)定性好，但室溫離子電導率較低。有機-無機復合電解質兼具有機物良好的柔性和無機物高的機械強度，但是由于聚合物基體的電導率低，且低溫環(huán)境下易結晶，因此復合電解質的室溫電導率偏低。