关于固态电解质材料的技术路径-瑞达国际集团

　　关于固态电解质材料的技术路径

　　固态电解质材料技术路径电解质材料的性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能及使用寿命。常见的固态电解质可分为聚合物类电解质和无机物电解质两大类。聚合物固态电解质由于聚氧乙烯(PEO)相比于其它聚合物基体具有更强的解离锂盐的能力,且对锂稳定，因此目前研究热点以PEO及其衍生物为主。聚合物电解质润湿电极能力差,活性材料脱嵌锂必须通过极片传输到电极表面进行,使得电池工作过程中极片内活性物质的容量不能完全发挥，将电解质材料混入电极材料中或者替代粘结剂,制备成复合电极材料,填补电极颗粒间的空隙,模拟电解液润湿过程,是提高极片中锂离子迁移能力及电池容量发挥的一个有效方法。PEO基电解质由于结晶度高，导致室温下导电率低，因此工作温度通常需要维持在60～85℃，电池系统需装配专门的热管理系统。此外，PEO的电化学窗口狭窄，难以与高能量密度正极匹配，因此需对其改性。目前成熟度最高的BOLLORE的PEO基电解质固态电池已经商用，于英国少量投放城市租赁车，其工作温度要求60~80℃，正极采用LFP和LixV2O8，但目前Pack能量密度仅为100Wh/kg。

　　无机固体电解质无机固态电解质主要包括氧化物和硫化物。氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类，其中研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质。以LiPON为电解质材料制备的氧化物电池倍率性能及循环性能都比较优异，但正负极材料必须采用磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法制成薄膜电极，同时不能像普通锂离子电池工艺一样加入导电材料,且电解质不能浸润电极,使得电极的锂离子及电子迁移能力较差，只有正负极层都做到超薄,电池电阻才能降低。因此,无机LiPON薄膜固态锂电池的单个电池容量不高，不适合用于制备Ah级动力电池领域。硫化物固态电解质由氧化物固态电解质衍生而来，由于硫元素的电负性比氧元素小，对锂离子的束缚较小，有利于得到更多自由移动的锂离子。同时，硫元素半径大于氧元素，可形成较大的锂离子通道从而提升导电率。目前三星、松下、日立造船+本田、Sony都在进行硫化物无机固态电解质的研发。但空气敏感性、易氧化、高界面电阻、高成本带来的挑战并不容易在短期内彻底解决，因此距离硫化物电解质的全固态锂电池最终获得应用仍有很远距离。总之，无机固体电解质发挥单一离子传导和高稳定性的优势，用于全固态锂离子电池中，具有热稳定性高、不易燃烧爆炸、环境友好、循环稳定性高、抗冲击能力强等优势，同时有望应用在锂硫电池、锂空气电池等新型锂离子电池上，是未来电解质发展的主要方向。