中國粉體網(wǎng)訊 固態(tài)電解質(zhì)集成了商業(yè)化鋰離子電池中隔膜與電解液的功能，即在正負極之間傳輸鋰離子與避免正負極直接接觸而短路。因此，作為固態(tài)電解質(zhì)，需要滿足以下幾個條件:
①高的鋰離子電導(dǎo)率(至少高于10-4 S cm-1)與接近1的鋰離子遷移數(shù)。
②低的電子電導(dǎo)率，以降低電池的自放電效應(yīng)。
③寬的化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定窗口，能與鋰金屬負極與高壓正極相容。
④低成本，有利于固態(tài)電解質(zhì)的工業(yè)化生產(chǎn)。
⑤易變形，有利于集成到全固態(tài)鋰電池中。
根據(jù)上述條件，目前固態(tài)電解質(zhì)面臨的重大挑戰(zhàn)之一即：目前還缺乏合適的、有利于工業(yè)化生產(chǎn)的固態(tài)電解質(zhì)材料。迄今為止，沒有任何一種固態(tài)電解質(zhì)可以滿足工業(yè)化的所有要求，即高的離子電導(dǎo)率、寬的電化學(xué)窗口、良好的加工性以及低的原材料和制造成本。
氧化物、硫化物、鹵化物與聚合物固態(tài)電解質(zhì)都有各自的優(yōu)缺點，很難找到一個完美的固態(tài)電解質(zhì)滿足全固態(tài)電池所需的所有特性。
氧化物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點是空氣穩(wěn)定性好，化學(xué)/電化學(xué)穩(wěn)定性好；但是氧化物剛性太強、易碎的特點使得它很難被大規(guī)模制備成超薄固態(tài)電解質(zhì)薄膜，同時也難以和氧化物正極顆粒形成緊密的物理接觸，這不利于集成到全固態(tài)鋰電池；此外，普遍較低的離子電導(dǎo)率，進一步制約了它們的應(yīng)用。
硫化物固態(tài)電解質(zhì)不僅具有與電解液相當甚至高于電解液的離子電導(dǎo)率，而且易變形，可以通過簡單的冷壓被集成于全固態(tài)鋰電池。但是，硫化物固態(tài)電解質(zhì)差的空氣穩(wěn)定性和低的氧化電位導(dǎo)致它們與正極材料間不可避免地發(fā)生界面反應(yīng)，這阻礙了它們在全固態(tài)鋰電池中的應(yīng)用。
聚合物固態(tài)電解質(zhì)，室溫下離子電導(dǎo)率不高，因此基于聚合物的全固態(tài)鋰電池需要在較高的溫度下工作或添加少量電解液以確保鋰離子的快速遷移。此外，聚合物固態(tài)電解質(zhì)也不適用于高壓氧化物正極材料，因為它們在高壓下會被氧化。
鹵化物，在2018年之前，其各個性能指標都不如氧化物、硫化物與聚合物固態(tài)電解質(zhì)；而在2018年之后，由于鹵化物固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和空氣穩(wěn)定性得到顯著改善，鹵化物相比于氧化物、硫化物與聚合物固態(tài)電解質(zhì)顯示出了極大的優(yōu)勢。
鹵化物固態(tài)電解質(zhì)既具有高于氧化物固態(tài)電解質(zhì)的氧化電位，與硫化物一樣的易變形性與高達10-3 S cm-1的離子電導(dǎo)率，同時具有媲美聚合物的大規(guī)模應(yīng)用前景。但是遺憾的是，鹵化物的還原電位不夠低，無法與金屬鋰負極匹配，而且原材料成本過高。由于鹵化物電解質(zhì)在2018年后才被重新研究，對于其未知的性能還需要進一步的開發(fā)。
資料來源：王凱：基于第四副族金屬鹵化物的全固態(tài)鋰電池，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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