鋰離子電池由于其高比能量已經(jīng)在便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域有廣泛的商業(yè)應(yīng)用。然而，對(duì)于更大規(guī)模能源存儲(chǔ)而言，目前基于有機(jī)電解液的商業(yè)化鋰離子電池的安全性能難以滿足要求。近幾十年以來，科學(xué)家在提升基于有機(jī)電解液可充電鋰離子電池方面做出來巨大努力，然而目前所開發(fā)的有機(jī)電解液，在電化學(xué)穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性方面存在較大的局限性。鑒于此，研究人員提出了采用無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液以最終解決安全隱患問題。

界面穩(wěn)定性是影響固態(tài)鋰電池化學(xué)性能的重要因素之一，在以硫化物材料為電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池中，雖然硫化物固體電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率已達(dá)到液態(tài)電解液的水平，但是電池的容量仍然不高，循環(huán)和倍率性能遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)有機(jī)電解液電池，研究人員深入研究后發(fā)現(xiàn)，決定電池容量和高倍率性能的最關(guān)鍵的因素是正極/硫化物固體電解質(zhì)的界面。

針對(duì)硫化物固體電解質(zhì)和各類正極材料間存在的各種問題，研究者提出了多種策略來改善界面穩(wěn)定性。

電解質(zhì)改性

因固體電解質(zhì)和正極材料直接接觸，可以通過調(diào)整固體電解質(zhì)的組成來改善穩(wěn)定性，從而有效地抑制空間電荷層以及界面反應(yīng)的發(fā)生。固體電解質(zhì)除了應(yīng)該具有高離子導(dǎo)電率、低電子導(dǎo)電率，還應(yīng)該與正極材料具有相近的化學(xué)勢(shì)與較小的失配度等特點(diǎn)。提高硫化物固體電解質(zhì)穩(wěn)定性最常用的策略是采用氧部分代替硫，因?yàn)檠蹼x子與氧化物正極的晶格失配度較低，此外氧化物的電化學(xué)穩(wěn)定性較高，用氧部分代替硫可以抑制氧從氧化物正極進(jìn)入硫化物電解質(zhì)，因此氧摻雜可以大大抑制硫化物基固態(tài)電池的界面反應(yīng)。

球磨法

球磨法是目前最常用的混合電解質(zhì)和正極材料的方法。目前許多研究表明通過合理地參數(shù)控制，球磨法可以有效降低活性物質(zhì)和固體電解質(zhì)間的界面阻抗。球磨過程中原材料會(huì)經(jīng)歷混合、粉化、非晶化以及固相反應(yīng)過程，最終形成均質(zhì)復(fù)合正極。高能球磨的發(fā)展也極大地促進(jìn)了非晶態(tài)硫化物固體電解質(zhì)的制備，非晶態(tài)電解質(zhì)由于其本身質(zhì)地較軟可以有效降低固態(tài)電池中的晶界阻抗。球磨可以促進(jìn)固體電解質(zhì)和活性物質(zhì)表面發(fā)生有限的固相反應(yīng)，形成中間相緩沖層，可以很好的抑制空間電荷層或界面反應(yīng)。

界面處形成人造電解質(zhì)膜

在優(yōu)化電解質(zhì)的基礎(chǔ)上，制備人工固體電解質(zhì)膜也可以有效地抑制負(fù)極界面反應(yīng)和枝晶生長(zhǎng)。人工固體電解質(zhì)膜可以避免高活性金屬鋰與固體電解質(zhì)直接接觸，從而避免在界面發(fā)生的不良副反應(yīng)。

全固態(tài)鋰電池由于其在安全性能和能量密度方面的巨大潛力，吸引了各國研究者和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。得益于離子電導(dǎo)率方面的巨大突破，基于硫化物固體電解質(zhì)的全固態(tài)電池被認(rèn)為是最有前途的下一代儲(chǔ)能器件之一。但是還有很多問題亟待解決，電介質(zhì)的優(yōu)化、正極材料探索、正極/電解質(zhì)界面、負(fù)極/電解質(zhì)界面等，將這些問題一一解決，固態(tài)電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域大放異彩的時(shí)間也就到了。

參考資料：

李利，陳林等.硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研究進(jìn)展及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用

吳敬華，姚霞銀.基于硫化物固體電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池界面特性研究進(jìn)展

中國粉體網(wǎng).

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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