固態電解質材料技術路徑

電解質材料的性能很大程度上決定了電池的功率密度、循環穩定性、安全性能、高低溫性能及使用壽命。常見的固態電解質可分為聚合物類電解質和無機物電解質兩大類。

聚合物固態電解質

由于聚氧乙烯(PEO)相比于其它聚合物基體具有更強的解離鋰鹽的能力,且對鋰穩定，因此目前研究熱點以PEO及其衍生物為主。

聚合物電解質潤濕電極能力差,活性材料脫嵌鋰必須通過極片傳輸到電極表面進行,使得電池工作過程中極片內活性物質的容量不能完全發揮，將電解質材料混入電極材料中或者替代粘結劑,制備成復合電極材料,填補電極顆粒間的空隙,模擬電解液潤濕過程,是提高極片中鋰離子遷移能力及電池容量發揮的一個有效方法。PEO基電解質由于結晶度高，導致室溫下導電率低，因此工作溫度通常需要維持在60～85℃，電池系統需裝配專門的熱管理系統。此外，PEO的電化學窗口狹窄，難以與高能量密度正極匹配，因此需對其改性。

目前成熟度最高的BOLLORE的PEO基電解質固態電池已經商用，于英國少量投放城市租賃車，其工作溫度要求60~80℃，正極采用LFP和LixV2O8，但目前Pack能量密度僅為100Wh/kg。

無機固體電解質

無機固態電解質主要包括氧化物和硫化物。氧化物固體電解質按照物質結構可以分為晶態和非晶態兩類，其中研究熱點是用在薄膜電池中的LiPON型電解質。

以LiPON為電解質材料制備的氧化物電池倍率性能及循環性能都比較優異，但正負極材料必須采用磁控濺射、脈沖激光沉積、化學氣相沉積等方法制成薄膜電極，同時不能像普通鋰離子電池工藝一樣加入導電材料,且電解質不能浸潤電極,使得電極的鋰離子及電子遷移能力較差，只有正負極層都做到超薄,電池電阻才能降低。因此,無機LiPON薄膜固態鋰電池的單個電池容量不高，不適合用于制備Ah級動力電池領域。

硫化物固態電解質由氧化物固態電解質衍生而來，由于硫元素的電負性比氧元素小，對鋰離子的束縛較小，有利于得到更多自由移動的鋰離子。同時，硫元素半徑大于氧元素，可形成較大的鋰離子通道從而提升導電率。目前三星、松下、日立造船+本田、Sony都在進行硫化物無機固態電解質的研發。但空氣敏感性、易氧化、高界面電阻、高成本帶來的挑戰并不容易在短期內徹底解決，因此距離硫化物電解質的全固態鋰電池最終獲得應用仍有很遠距離。

總之，無機固體電解質發揮單一離子傳導和高穩定性的優勢，用于全固態鋰離子電池中，具有熱穩定性高、不易燃燒爆炸、環境友好、循環穩定性高、抗沖擊能力強等優勢，同時有望應用在鋰硫電池、鋰空氣電池等新型鋰離子電池上，是未來電解質發展的主要方向。