中國粉體網(wǎng)訊  近年來，伴隨新能源汽車及大規(guī)模儲能產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，國家政策層面對于動力電池能量密度的提升導向愈發(fā)明確——《中國制造 2025》中指出：“到2025年、2030年，中國動力電池單體能量密度分別需達到400、500W·h/kg”。然而，上述指標已達到甚至超出當前液態(tài)鋰電池能量密度天花板，同時液態(tài)電解液易燃、易腐蝕和熱穩(wěn)定性差等特性也會帶來高能量密度下突出的安全問題。采用固體電解質(zhì)代替液態(tài)電解液的全固態(tài)鋰電池可從根本上解決安全隱患，且匹配高比容量正極和金屬鋰負極有望實現(xiàn)更高能量密度。

全固態(tài)鋰電池概述

全固態(tài)鋰電池相比液態(tài)電池最大的區(qū)別就是將液態(tài)電解質(zhì)換成固體電解質(zhì)，同時取消了隔膜部件。固體電解質(zhì)是全固態(tài)鋰電池的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電池的電化學性能以及安全性。此外，全固態(tài)鋰電池負極可以使用鋰金屬取代石墨，與傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池相比可大大提升能量密度，而且不存在液態(tài)電解液易揮發(fā)、易燃的問題，具有較好的安全性。

全固態(tài)鋰電池基本組成結(jié)構(gòu)示意圖

固體電解質(zhì)分類

當前，固體電解質(zhì)的研究主要集中在氧化物固體電解質(zhì)、硫化物固體電解質(zhì)和聚合物固體電解質(zhì)。

不同固體電解質(zhì)材料的性能

其中，氧化物型固體電解質(zhì)和硫化物型固體電解質(zhì)同屬于無機固體電解質(zhì)，氧化物固體電解質(zhì)由氧元素和金屬元素組成，可以適用更高的電壓，具有更高的熱穩(wěn)定性，其離子電導率達1×10-3~1×10–4S/cm，目前被廣泛應(yīng)用，但是容易在界面處形成接觸損失，孔隙率在3種類型的固體電解質(zhì)中最大，因此在生產(chǎn)制造中需要對其共燒結(jié)以改善界面，生產(chǎn)工藝要求高。

硫化物固體電解質(zhì)由硫元素和金屬元素組成，具有更高的離子電導率（1×10–2~1×10–4S/cm）以及較低的孔隙率，界面接觸良好，但是對空氣和水分敏感且生產(chǎn)成本較高。

聚合物固體電解質(zhì)通常是在聚合物基體中添加鋰鹽組合而成，表現(xiàn)出適度的離子電導率（1×10–5S/cm），極片孔隙率低界面致密度提高，生產(chǎn)工藝相對簡單但是循環(huán)性能較差、工作溫度范圍較窄。

近年來也出現(xiàn)了固體復合電解質(zhì)，其具有優(yōu)異的機械強度與加工性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

小結(jié)

高能量密度且周期壽命長的鋰離子電池已應(yīng)用于電動汽車、便攜式電子設(shè)備、可穿戴產(chǎn)品等各種儲能領(lǐng)域，由于固體電解質(zhì)比液體電解質(zhì)具有廣泛公認的安全優(yōu)勢,全固態(tài)電池的商業(yè)應(yīng)用已被廣泛設(shè)想。理想的固體電解質(zhì)應(yīng)具有與液體電解質(zhì)相當?shù)碾x子導電性、優(yōu)良的安全性、合適的力學性能和與電極良好的接觸性。然而,得到一種兼具這些特性的電解質(zhì)卻很難,因此固體電解質(zhì)的研究面臨著各種問題。要實現(xiàn)固體電解質(zhì)的商業(yè)化利用,必須克服科學和技術(shù)挑戰(zhàn)。首先,離子電導率仍然是評價固體電解質(zhì)的先決條件。其次,了解各種電解質(zhì)的共性和個體性,并提出機制,使其背后的科學現(xiàn)象合理化,指導進一步深入的研究。

針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將在昆山舉辦第五屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。為致力于固態(tài)電池技術(shù)開發(fā)的企業(yè)，科研院校，以及電動車、儲能、特種應(yīng)用等終端企業(yè)提供信息交流的平臺，開展產(chǎn)、學、研合作，共同推動行業(yè)發(fā)展。屆時，青島大學郭向欣教授將作題為《固體電解質(zhì)助力高能量密度高安全鋰電池》的報告。

專家簡介：

郭向欣，青島大學教授，博士生導師。青島市“高性能固體電解質(zhì)與固態(tài)鋰電池”研究中心和山東省固態(tài)電池工程實驗室主任。入選上海市“浦江人才”、青島市“創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新領(lǐng)軍人才”。主要從事于高性能固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)與全固態(tài)金屬電池應(yīng)用研究，并參與行業(yè)最早的兩項固態(tài)電解質(zhì)團體標準的制定和發(fā)布。近年主持、參與國家自然科學基金重點項目、國家重點研發(fā)計劃和企業(yè)技術(shù)委托項目等10余項。前期研究已在高離子電導固態(tài)電解質(zhì)設(shè)計、金屬/固態(tài)電解質(zhì)界面微結(jié)構(gòu)設(shè)計等關(guān)鍵領(lǐng)域取得了豐富的學術(shù)成果，近五年來在Nature communications, Energy & Environmental Science, ACS Energy Letters, Advanced Energy Materials, Nano Letters, Nano Energy等權(quán)威刊物發(fā)表論文60余篇，他引逾2000次。

參考來源：

1.郭向欣等.全固態(tài)鋰電池熱安全性研究進展

2.王春梅等.新型鋰離子固體電解質(zhì)應(yīng)用進展

3.鐘顏至等.鋰電池固體電解質(zhì)合成方法、化學穩(wěn)定性及離子電導率綜述

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/蘇簡）

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