究竟什么是固態(tài)鋰離子電池？

從上個(gè)世紀(jì)90年代，索尼發(fā)布了第一款商用的鋰離子電池，鋰離子電池體系并沒(méi)有明顯的變革，發(fā)展至今，其能量密度和功率密度都已經(jīng)接近工業(yè)的極限，但是仍難以滿足未來(lái)的儲(chǔ)能需求，單從新型電極材料的角度進(jìn)行升級(jí)，也難以持續(xù)進(jìn)行下去。若想突破目前鋰離子電池的儲(chǔ)能極限，勢(shì)必要對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底變革，潛在解決方案包括開(kāi)發(fā)鋰硫電池、鋰空氣電池等，然后這些體系電池目前都處于研究狀態(tài)，距離商業(yè)化還有較大的距離。與其他體系電池相比，固態(tài)鋰離子電池是最有可能在新型電池體系競(jìng)爭(zhēng)中取得勝利，那么究竟什么是固態(tài)鋰離子電池？

所謂的固態(tài)鋰離子電池就是不管電極和電解液都是固態(tài)形式的。目前市面上普遍使用的鋰離子電池都是采用液態(tài)或者聚合物電解質(zhì)材料的。

其實(shí)，開(kāi)發(fā)固態(tài)電池也是目前科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界不得已而為之的方案。目前，液態(tài)電解質(zhì)體系的鋰離子電池容量已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)極限了，很難再通過(guò)工藝和材料的改進(jìn)而大規(guī)模提升電池容量。

液態(tài)電解液相比較于固態(tài)電解質(zhì)具有離子傳導(dǎo)率高的特點(diǎn)，但是液態(tài)電解液易于泄露和具有的安全性隱患，不得不使得現(xiàn)有電池體系增加過(guò)多的保護(hù)層和防滲漏裝置進(jìn)行安全防護(hù)，這部分非活性材料占據(jù)了鋰離子電池體系的大部分，極大的影響了鋰離子電池的整體容量和安全性。

液體電池相比，固體電池的原理一樣，但是其中電解質(zhì)為固體材料，因而具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1、能量密度高。采用了全固態(tài)電解質(zhì)后，整體電極體系就可以針對(duì)性改進(jìn)，比如可以使用容量密度更高的金屬鋰作為負(fù)極材料，能夠顯著減輕鋰離子電池的電極用量，提高整理容量密度。

儲(chǔ)

2、體積更小。傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池通過(guò)需要使用隔膜和外接保護(hù)裝置來(lái)防止正負(fù)極的短路和泄露，而這部分體積占據(jù)了電池40%的體積和25%的質(zhì)量，這樣電極厚度可以縮減幾倍，并且可以實(shí)現(xiàn)更好的柔性化。

3、更加安全。顯而易見(jiàn)，使用了固態(tài)電解質(zhì)就可以極大避免了電池常見(jiàn)的短路和泄露造成的安全風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)然，固態(tài)電池目前也面臨著一些開(kāi)發(fā)的問(wèn)題，其中最大的就是本身的電導(dǎo)率與液態(tài)電解質(zhì)還具有非常大的差距。此外，固態(tài)電解質(zhì)與電極材料之間的界面穩(wěn)定性也是需要解決的問(wèn)題之一。

可以說(shuō)，與傳統(tǒng)的鋰離子電池相比較，固態(tài)電池的最核心就是固態(tài)電解質(zhì)材料。

固態(tài)電解質(zhì)主要分類為兩種，無(wú)機(jī)電解質(zhì)和聚合物電解質(zhì)材料。評(píng)價(jià)固態(tài)電解質(zhì)的一些參數(shù)主要包括：高的離子導(dǎo)電性、低的離子面積比電阻、高的電子面積比電阻、高的離子選擇性、寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口、好的化學(xué)兼容性、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的機(jī)械性能、簡(jiǎn)單的制備過(guò)程、價(jià)格低廉、易整合和環(huán)境友好。

固態(tài)電池中主要的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)已經(jīng)報(bào)道的類型有鈣鈦礦型，NASICON型，石榴石型，硫化物型。典型的鈣鈦礦固態(tài)電解質(zhì)是Li3xLa2/3?xTiO3，具有優(yōu)異的鋰離子導(dǎo)電性，在室溫下達(dá)到10-3S/cm。

而目前，聚合物形式的電解質(zhì)的發(fā)展主要分為三個(gè)類別：干燥的固態(tài)聚合物電解質(zhì)，凝膠聚合物電解質(zhì)和復(fù)合聚合物電解質(zhì)。然而，凝膠聚合物屬于半固態(tài)電解質(zhì)形態(tài)，因此不在這里討論。在干燥的固體聚合物電解質(zhì)中，聚合物主體與鋰鹽作為固體溶劑(無(wú)溶劑)，但是干燥的固態(tài)聚合物離子導(dǎo)電性很差。復(fù)合聚合物電解質(zhì)是由陶瓷填料集成到有機(jī)聚合物主體上,通過(guò)降低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度來(lái)幫助提高導(dǎo)電率。復(fù)合聚合物電解質(zhì)的聚合物主題通常是PEO、PAN、PMMA、PVC或者PVDF，其中，PEO的應(yīng)用最為廣泛。