固態(tài)鋰電池電解質(zhì)有哪些系？

固態(tài)鋰電池有概念到產(chǎn)品的產(chǎn)出，直到目前技術(shù)才慢慢成熟，但是離真正的大量商用還有一段距離。固態(tài)鋰電池主要是相對于液態(tài)鋰離子電池在電解質(zhì)形態(tài)上的區(qū)別來說的，即電解液是固態(tài)的，那么固態(tài)鋰電池電解質(zhì)有哪些系呢？

1、固態(tài)鋰電池電解質(zhì)的有機聚合物體系

常規(guī)液態(tài)鋰離子電池使用的電解液和隔膜以有機成分為主，故同樣隸屬有機物的有機聚合物是固體電解質(zhì)基體的自然選擇。有機聚合物國體電解質(zhì)體系包括聚氧化乙烯（PEO）及與其結(jié)構(gòu)有一定相似性的聚合物（聚氧化丙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯）等。

聚氧化乙烯由于其和鋰負極的良好兼容性成為有機聚合物固體電解質(zhì)的主流選擇。鑒于聚氧化乙烯本征不含鋰，需要首先摻雜前述鋰鹽；其導(dǎo)鋰機理為醚氧鍵/電負性較高的其他原子對鋰離子的誘導(dǎo)，及后續(xù)非晶態(tài)區(qū)域富鋰鏈段運動實現(xiàn)鋰離子的近鄰轉(zhuǎn)移，最終效果體現(xiàn)為鋰離子從聚合物層一側(cè)進入，另一側(cè)脫出，實現(xiàn)鋰離子的充放電輸運。聚氧化乙烯摻雜鋰鹽后的結(jié)晶度越高其強度越高但鋰離子電導(dǎo)越低，所以無機粒子摻雜，聚合物嫁接、共聚、交聯(lián)改性等降低適度結(jié)晶度的手段也為研究者大量采用。至今，聚氧化乙烯固體電解質(zhì)在稍高溫度條件下的鋰離子電導(dǎo)已可為實用所接受，且其密度較低、界面阻抗較低，易于薄層化及進行機械加工。

但是，摻雜鋰鹽后的聚氧化乙烯固體電解質(zhì)耐高電壓能力差，常規(guī)電壓的三元材料即可使其被氧化，使得正極材料選擇受限，很大程度上限制了最終電池的能量密度。另外，聚氧化乙烯強度相對較低，其抗穿刺短路能力相比于其他固體電解質(zhì)體系較弱。

2、固態(tài)鋰電池電解質(zhì)的氧化物體系

氧化物體系的固體電解質(zhì)主要包含鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的鋰鋼鈦氧化物（LLTO），石榴石結(jié)構(gòu)的鋰鋼錯氧化物（LLZO），快離子導(dǎo)體（LISICON、NASICON）等，導(dǎo)鋰機制多為材料在微觀層面形成了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鋰離子輸運通道。氧化物固體電解質(zhì)最大的優(yōu)勢即源于無機氧化物本征屬性：機械強度大，理化穩(wěn)定性較高，耐壓能力強，制造復(fù)雜度不高。同時，經(jīng)過部分元素摻雜后，稍高溫度條件下（如800C）氧化物固體電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)也可為實踐所接受。

氧化物固體電解質(zhì)的不足也源于其無機氧化物本征屬性：對電極-電解質(zhì)界面而言，界面接觸能力差、循環(huán)過程中界面穩(wěn)定性也差，導(dǎo)致循環(huán)過程中界面阻抗提升較快，正負極有效容量發(fā)揮不足，電池壽命衰減較快；薄層化也較困難。所以，氧化物固體電解質(zhì)多需要添加部分聚合物成分并配合微量離子液體/高性能鋰鹽-電解液，或采用輔助原位聚合等方式制造準(zhǔn)固態(tài)電池，以保留部分安全性優(yōu)勢并改善電解質(zhì)-電極的界面接觸。

3、固態(tài)鋰電池電解質(zhì)的硫化物體系

硫化物體系的固體電解質(zhì)可認(rèn)為是由硫化鋰及錯、磷、硅、鈦、鋁、錫等元素的硫化物組成的多元復(fù)合材料，材料物相同時涵蓋晶態(tài)和非晶態(tài)。硫的離子半徑大，使得鋰離子傳輸通道更大；電負性也適宜，所以硫化物固體電解質(zhì)在所有固體電解質(zhì)中鋰離子電導(dǎo)最好，其中Li-Ge-

P-S體系在室溫下的鋰離子電導(dǎo)可以和電解液直接相比。另外，硫化物固體電解質(zhì)的機械強度較大，其對高容量硫正極的兼容性最好。

硫化物固體電解質(zhì)的主要缺點包括：硫的電負性不及氧，使得搭配高電壓正極時電解質(zhì)層部分貧鋰，增大了界面電阻；搭配金屬鋰負極時生成的SEI 膜阻抗也較大；硫化物為無機非金屬顆粒，循環(huán)過程中也存在相對嚴(yán)重的電解質(zhì)-電極界面劣化問題。另外，材料體系對水、氧等非常敏感，一旦發(fā)生事故同樣易燃；薄層化也困難。這些使得其制造工藝要求非常高。

綜上所述，不同固體電解質(zhì)材料體系性能優(yōu)缺點各有不同，尚未出現(xiàn)綜合性能優(yōu)異的固體電解質(zhì)；跨基本類型的材料復(fù)合與成分、結(jié)構(gòu)的精確控制也許是取得突破的關(guān)鍵。