全固态锂离子电池的研究进展
基于金属锂负极的全固态锂电池化学储能技术
基于金属锂负极的全固态锂电池化学储能技术1. 引言1.1 概述在当今快节奏的生活环境中，储能技术的发展对于满足人们对电力需求和实现可持续发展具有关键作用。
锂电池作为一种高效、稳定、可重复使用的化学储能技术，已经被广泛应用于移动设备、电动汽车等领域。
然而，传统的液态锂电池由于液体电解质带来的安全性和稳定性问题仍然存在限制。
因此，研究全固态锂电池技术成为了当前热门的研究领域。
1.2 研究背景全固态锂电池是一种基于固体电解质材料替代传统液态电解质实现高安全性和高能量密度的新型储能技术。
金属锂作为一种理想的负极材料，在全固态锂电池中展示出了独特的优势。
金属锂具有高比容量、低工作电压和良好的导电性能，可以有效提高全固态锂电池的性能表现。
1.3 目的和意义本文旨在对基于金属锂负极的全固态锂电池化学储能技术进行深入研究和探讨。
首先，我们将介绍金属锂负极的基本性质，包括其在全固态锂电池中的应用优势以及面临的挑战。
接着，我们将对全固态锂电池技术进行概述，包括其结构与原理、固体电解质材料综述以及富锰正极材料研究进展。
然后，我们将详细介绍基于金属锂负极的全固态锂电池的研究现状与进展，包括实验室级别研究成果介绍、工业化前景与问题分析以及未来发展方向展望。
最后，我们将总结现有技术，并提出个人对全固态锂电池技术发展的见解和期待。
2. 金属锂负极的特性2.1 金属锂的基本性质金属锂是一种轻量化学元素，具有较低的密度和高的电化学活性。
它具有优异的电导率和良好的离子传输速率，使其成为理想的负极材料候选者。
金属锂在常温下呈现银灰色金属，同时也是所有电池化学反应中储能密度最高的材料之一。
2.2 金属锂在全固态锂电池中的应用优势相较于传统液态锂离子电池，采用金属锂作为负极材料的全固态锂电池具有以下几个优势：首先，金属锂作为负极材料，在充放电过程中不会产生固态尺寸变化或溶解等问题，并且具有稳定的循环寿命。
其次，金属锂具有较低的工作电位窗口，并且在充放电过程中能够提供较高的功率密度，从而增强了全固态锂电池在快速充放电方面的性能表现。
全固态锂电池研究报告
全固态锂电池研究报告
随着人们对环保和安全的要求日益提高，全固态锂电池作为新一代锂离子电池已逐渐受到关注。
本报告就全固态锂电池的研究现状、技术特点及应用前景进行分析和探讨。
一、全固态锂电池的研究现状
全固态锂电池是指电解质全部为固态材料的锂离子电池，其优点包括高安全性、高温度稳定性、高能量密度等。
目前，全固态锂电池的研究主要集中在电解质材料、电极材料以及电池构造等方面。
电解质材料包括硫化合物、氧化物、硅酸盐等，电极材料则包括硫化物、氧化物等。
近年来，全固态锂电池的研究进展较快，不断有新材料推出，但仍存在问题，如电阻率大、循环寿命短等。
二、全固态锂电池的技术特点
全固态锂电池相比液态锂电池，具有以下技术特点：
1.较高的安全性：全固态锂电池采用固态电解质，不含有液态电解质，相比液态锂电池更加安全可靠。
2.较高的能量密度：固态电解质的特性使得全固态锂电池具有更高的能量密度，有望超过目前的液态锂电池。
3.较高的温度稳定性：全固态锂电池能够在高温环境下运行，且有较好的稳定性，不会像液态锂电池那样发生“热失控”的问题。
三、全固态锂电池的应用前景
由于全固态锂电池具有高安全性、高能量密度、高温度稳定性等优点，其应用前景广泛。
目前，全固态锂电池已被应用于智能手表、
智能手环、无人机、电动汽车等领域。
随着全固态锂电池技术的不断完善，其应用范围将会越来越广泛。
总之，全固态锂电池是未来电池领域的重要发展方向，其研究和应用具有重要的意义和前景。
全固态锂电池技术的研究现状与展望
全固态锂电池技术的研究现状与展望近年来，飞机、汽车、船舶等交通工具的发展与信息化社会的发展密切相关，传统的锂离子电池的性能和安全性难以满足这种需求。
全固态锂电池（Solid-State Lithium Battery，SSL）是一种有前景的锂离子电池技术，它采用固态电解质和微细催化剂，在保证安全性的条件下实现了电池容量和寿命的显著提高。
目前，全固态锂电池的研究主要集中在四个方面：电解质，催化剂，负极材料和真空热处理技术。
在电解质方面，重要的研究方向是开发新型的全固态电解质和复合电解质，例如离子液体和柱状结构全固态电解质。
在催化剂方面，研究重点在于开发新型的微细催化剂材料和其制备方法，例如氧还原催化剂和氧化物形成催化剂。
在负极材料方面，重点研究是研究全固态锂离子电池的负极电化学反应机制，并开发新型全固态负极材料。
最后，在真空热处理技术方面，重点研究是研究高温下电池凝胶电解质的稳定性和结构，以及电池工艺的优化。
全固态锂电池的发展具有广泛的应用前景，尤其适用于一些具有较高要求的电场应用，如汽车电池、家用电子产品和新能源纯电动汽车等。
然而，由于全固态锂电池技术的实际应用还较少，应用还存在一些问题，如提高全固态锂电池的能量密度、改善其耐久性和安全性等。
为此，未来应继续进行交叉学科的深入研究，探索新的全固态锂电池构效关系，加速全固态锂电池的实际应用。
总之，全固态锂电池的发展已成为当今能源科学发展的热点研究领域之一，它在提高电池性能和安全性方面具有很大的潜力。
然而，要预测全固态锂电池未来发展趋势，必须深入研究各种新型全固态电解质、全固态负极材料、催化剂和真空热处理等技术材料，以及其设计和评估方法。
同时，未来还应探索全固态锂电池在新能源发电系统等领域的潜在应用，为深入推动全固态锂电池技术的发展做出贡献。
本文从全固态锂电池技术的研究现状出发，着眼于明确全固态锂电池的结构及技术性能，以及其实际应用中存在的技术问题，通过综合分析，探讨了全固态锂电池的研究展望。
锂离子电池的研究进展及应用前景精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版锂离子电池的研究进展及应用前景近年来，新能源电池市场的发展迅猛，尤其是锂离子电池，在家用电器、电动车、太阳能等领域得到了广泛的应用。
对于锂离子电池的研究，不仅能够提高电池的性能，同时也能够为其更进一步的应用提供技术支持。
本文介绍了锂离子电池的研究进展以及其应用前景。
一、研究进展1. 电极材料改进电池的性能主要取决于电极材料的性质，因此在锂离子电池的研究中，电极材料的改进是必不可少的。
传统的电极材料为石墨，但石墨有低比容量、低导电性、易热化等问题。
近年来，锂离子电池的革新主要是基于正极和负极材料之间的平衡。
目前用于正极的材料有LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4等，用于负极的材料主要有石墨、金属锂、硅材料等。
这些材料科技的不断创新进步，使得锂离子电池的性能得到不断提升。
2. 电解质电解质是电池中极为重要的部分，因为它赋予电池主要的性能（如循环性能、电池容量、能量密度等）。
在传统的锂离子电池中，一般使用液态电解质，但液态电解质有泄漏的风险，而且易于氧化和燃烧。
为了提高电池的安全性和循环性能，目前锂离子电池中主要使用固态电解质。
固态电解质中，最为主流的是氧化铝、氧化锆等陶瓷材料。
固态电解质具有优异的化学稳定性，与高无效性的锂电求得更高电化学性能和更安全性的使用。
3. 电池系统除了电极材料和电解质的改进之外，电池系统的研究也是锂离子电池中一个必不可少的研究领域。
在电池工作过程中，电极和电解质之间的变化会影响电池的循环性能。
而电池系统从整体的角度出发，可以有效的解决这一问题。
电池系统研发的一个核心是电池管理系统（BMS），BMS在锂离子电池中起着重要的作用，它将对电池的使用和维护起到至关重要的作用。
同时，电池系统的研究还包括了钝化处理、电极的表面改性等专业技术的研发。
这些研究都可以有效的提高锂离子电池的研发与应用。
二、应用前景随着汽车、家用电器、通讯等领域的快速发展，锂离子电池在各个领域得到了广泛的应用。
全固态电池技术的研究与应用
全固态电池技术的研究与应用随着现代社会对于环保和可持续性的强调，能源领域也逐渐向着更加高效、环保的方向发展。
作为能源领域的重要组成部分之一，电池技术在近年来也有着快速的发展。
其中，全固态电池技术的研究与应用备受关注。
一、全固态电池技术的优势全固态电池相较于传统的液态电池具有许多优势。
首先，全固态电池可以大幅度提升电池的安全性。
传统液态电池中的电解液易燃易爆，而全固态电池采用固态电解质，不会发生泄漏和爆炸等安全隐患。
其次，全固态电池可以提高电池的能量密度，使得电池在单位体积内存储更多的能量。
由于全固态电池采用的是纳米级电极和电解质，其具有更大的比表面积和更高的离子传输速度，因此可以降低电池内部电阻，提高电池效率。
此外，全固态电池的生命周期也更长，大幅度降低电池的维护成本和更换成本。
二、全固态电池技术的研究进展目前，全固态电池技术正处于不断发展创新的阶段。
许多国内外科研机构和企业已经在全固态电池技术的领域拓展了大量的研究，推动了这一领域的快速进展。
1.全固态锂离子电池技术全固态锂离子电池是目前最为研究的类型之一。
固态电解质可以有效抑制金属锂在充放电过程中的形变和电极的电化学腐蚀，同时可以提升锂离子的扩散速度和电化学性能。
目前国内外研究机构和企业都在积极开展该领域的研究。
比如，清华大学研发的全固态锂离子电池，已经在实验室中实现了稳定运行1000小时。
2.全固态钠离子电池技术目前，研究者们还在专注于开发全固态钠离子电池。
与锂离子电池相比，钠离子电池采用的是大型海水资源，无须耗费更多的成本和资源。
钠离子电池也具有更高的电化学稳定性和更低的成本，可以成为备受关注的全固态电池类型。
三、应用前景全固态电池技术的研究与应用前景广泛。
首先，在电动汽车领域，全固态电池可以提高汽车的能量密度和安全性，同时也可以降低汽车运行过程中的噪音和污染。
其次，在无人机和无线电子产品领域，全固态电池也可以为产品带来更长的续航时间和更高的性能。
全固态锂离子电池的研究与应用
全固态锂离子电池的研究与应用随着环保意识的不断提高和新能源发展的加速推进，电动汽车已经成为了未来的发展方向。
然而，电池作为电动汽车的重要组成部分，其性能和安全性问题一直是制约电动汽车发展的瓶颈之一。
人们普遍认为，全固态锂离子电池有望成为下一代电池的发展方向，因其优异的安全性和高容量的特点，已经在研究和应用方面取得了不小的进展。
一、全固态锂离子电池的定义和特点全固态锂离子电池是一种由固态电解质和固态正负极组成的电池，其电解质和电极均采用固态材料，因此具有很高的安全性和稳定性。
相比于传统锂离子电池，全固态锂离子电池具有以下特点：1. 高能量密度固态电解质具有较高的离子导电性能，可以大大提高电池的能量密度，使得电池能够存储更多的电能，从而提高了电池的使用时间。
2. 高安全性由于全固态锂离子电池采用固态材料，其结构更加稳定，可以有效降低电池的泄漏和起火等安全隐患，使得电池更加安全可靠。
3. 高温性能固态材料具有较高的熔点和热稳定性，可以大大提高电池的耐高温性能，减少了在高温环境下电池的衰减和损伤。
二、全固态锂离子电池的研究进展目前，全固态锂离子电池的研究正在逐步深入，主要集中在以下方面：1. 固态电解质的制备固态电解质是全固态锂离子电池的关键组成部分，其离子导电性能和稳定性直接决定了电池的性能。
因此，固态电解质的制备是全固态锂离子电池研究的重点之一。
目前，研究人员主要利用化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）和固相反应等方法制备固态电解质。
2. 固态电极的设计与制备固态电极是全固态锂离子电池的另一重要组成部分，其材料选择、结构设计和制备工艺都对电池性能产生了重要影响。
近年来，研究人员对固态电极的材料、结构和性能进行了大量的研究，已经取得了一定的进展。
3. 电池设计和性能测试全固态锂离子电池的研究不仅需要关注电解质和电极的制备，还需要对电池的设计和性能进行全面的测试和研究。
目前，研究人员已经开发了很多种测试方法和设备，用于测试全固态锂离子电池的能量密度、循环寿命、热稳定性等关键性能指标。
(完整版)全固态锂电池技术的研究进展与展望
全固态锂电池技术的研究进展与展望周俊飞（衢州学院化学与材料工程学院浙江衢州324000）摘要：现有电化学储能锂离子电池系统采用液体电解质，易泄露、易腐蚀、服役寿命短，具有安全隐患。
薄膜型全固态锂电池、大容量聚合物全固态锂电池和大容量无机全固态锂电池是一类以非可燃性固体电解质取代传统锂离子电池中液态电解质，锂离子通过在正负极间嵌入-脱出并与电子发生电荷交换后实现电能与化学能转换的新型高安全性锂二次电池。
作者综述了各种全固态锂电池的研究和开发现状，包括固态锂电池的构造、工作原理和性能特征，锂离子固体电解质材料与电极/电解质界面调控，固态整电池技术等方面，提出并详细分析了该技术面临的主要科学与技术问题，最后指出了全固态锂电池技术未来的发展趋势。
关键词：储能；全固态锂离子电池；固体电解质；界面调控1 全固态锂电池概述全固态锂二次电池，简称为全固态锂电池，即电池各单元，包括正负极、电解质全部采用固态材料的锂二次电池，是从20 世纪50 年代开始发展起来的[10-12]。
全固态锂电池在构造上比传统锂离子电池要简单，固体电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色，如图 2 所示，所以，在全固态锂电池中，电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大简化了电池的构建步骤。
全固态锂电池的工作原理与液态电解质锂离子电池的原理是相通的，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固体电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中。
放电过程与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路驱动电子器件。
目前，对于全固态锂二次电池的研究，按电解区分主要包括两大类[13]：一类是以有机聚合物电解质组成的锂离子电池，也称为聚合物全固态锂电池；另一类是以无机固体电解质组成的锂离子电池，又称为无机全固态锂电池，其比较见表1。
通过表1 的比较可以清楚地看到，聚合物全固态锂电池的优点是安全性高、能够制备成各种形状、通过卷对卷的方式制备相对容易，但是，该类电池作为大容量化学电源进入储能领域仍有一段距离，主要存在的问题包括电解质和电极的界面不稳定、高分子固体电解质容易结晶、适用温度范围窄以及力学性能有提升空间；以上问题将导致大容量电池在使用过程中因为局部温度升高、界面处化学反应面使聚合物电解质开貌发生变化，进而增大界面电阻甚至导致断路。
全固态锂离子电池技术的研究与开发
全固态锂离子电池技术的研究与开发随着现代社会的发展，电子产品已经成为人们生活中不可或缺的一部分。
而这些产品所需要的能源更是不可或缺的，电池成为了人们日常生活中经常使用的能源媒介。
目前市场上主流的电池类型有很多，其中最受欢迎的电池类型之一就是锂离子电池。
但是锂离子电池的安全性和寿命一直是令人忧虑的问题，这也引起了人们对于锂离子电池的改进和研究。
全固态锂离子电池正是锂离子电池技术的重要进步，日益受到人们的重视。
一、全固态锂离子电池的定义全固态锂离子电池是指电解液全部被固态电解质所替代，并且正负极电极材料必须与固态电解质有良好的接触。
在固态电解质内离子的移动必须通过固态转移通道完成。
相比于传统锂离子电池，全固态锂离子电池具有更高的安全性、更长的寿命和更高的能量密度。
二、全固态锂离子电池技术的优点1、安全性好全固态锂离子电池由于采用的是固态电解质材料，在电池使用过程中几乎不会发生电解液泄露、燃爆或着火等危险情况。
因此，全固态锂离子电池的使用更加安全可靠。
2、寿命长传统锂离子电池的寿命受到极大的限制，主要原因在于电解液在循环过程中不断的蒸发、漏泄和分解，导致电池生成气体，电极材料的变化等。
而固态电解质几乎不会发生任何变化，因此，全固态锂离子电池的使用寿命很长。
3、能量密度高由于固态电解质的引入，全固态锂离子电池的体积可以大大减小，而能量密度却可以更高，因此可以实现更小体积的电池承载更高的能量。
这对于手机、笔记本电脑等小型便携设备的电池升级来说，是一个非常重要的突破。
三、全固态锂离子电池技术的研究进展目前，全固态锂离子电池的技术研究已经进入了实际应用阶段，但是还存在很多技术瓶颈需要突破。
从目前公开的研究成果来看，全固态锂离子电池的研发方向主要包括以下几个方面：1、固态电解质材料全固态锂离子电池的基础是固态电解质材料。
固态电解质材料的研究是全固态锂离子电池技术的核心。
目前，全固态锂离子电池研究中采用比较多的材料主要包括硫酸锂、磷酸锂等无机离子固态电解质材料以及聚合物、聚合物复合物等有机固态电解质材料。
2024年固态电解质和全固态锂电池研究报告
2024年是固态电解质和全固态锂电池研究的重要年份。
固态电解质作为一种新型电解质材料，具有高离子导电性、较高的安全性和良好的化学稳定性等特点，被广泛看作是解决锂电池安全性问题的关键技术之一、以下是对2024年固态电解质和全固态锂电池研究的概述。
一、固态电解质材料研究在固态电解质材料的研究方面，硫化锂玻璃（Li2S-P2S5）和氧化物固态电解质是2024年的热门研究方向。
硫化锂玻璃作为一种传统的固态电解质材料，具有较高的离子导电性能。
研究者通过调控硫化锂玻璃的成分和结构，提高了其离子导电性能和电化学稳定性。
此外，还有研究对硫化锂玻璃进行表面涂层或者插入基质，进一步提高了其电化学性能。
氧化物固态电解质由于其较高的化学稳定性和电化学稳定性，被认为是一种很有潜力的固态电解质材料。
氧化物固态电解质主要有氧化锂钇（Li7La3Zr2O12，LLZO）和氧化锂硅（Li10GeP2S12，LGPS）等。
研究者通过掺杂和改性的方法，提高了氧化物固态电解质的离子导电性和稳定性，为全固态锂电池的应用提供了关键材料。
二、全固态锂电池研究全固态锂电池是一种具有高能量密度、长寿命和良好安全性的锂离子电池。
2024年，固态电解质和全固态锂电池的研究取得了很大进展。
固态电解质的高离子导电性和稳定性为全固态锂电池的应用提供了可行性。
研究者通过在电极和电解质之间形成良好接触的界面，进一步提高了全固态锂电池的性能。
此外，为了提高全固态锂电池的电化学性能，还有研究对电极材料进行改性和优化，使其更适合全固态锂电池的工作条件。
全固态锂电池的研究重点还包括制备工艺和尺寸效应的研究。
制备工艺的研究主要关注如何实现高效制备全固态锂电池并提高其可扩展性。
尺寸效应的研究探索了全固态锂电池的微观结构和性能之间的关系，旨在寻找最佳的电池设计和优化策略。
三、全固态锂电池的挑战和展望尽管固态电解质和全固态锂电池在2024年取得了重要进展，但仍然面临一些挑战。
全固态锂电池材料、结构及研究进展
书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
全固态锂电池材料、结构及研究进展
电动汽车、大规模储能和微型器件等领域的发展要求不断提高现有二次电池的能量密度、功率密度、工作温度范围和安全性,而全固态锂电池作为最具潜力的电化学储能装置,近年来受到广泛关注。
本文阐述了全固态锂电池的优点(即固态电解质的使用有助于提高锂电
池安全性、能量密度和功率密度,拓宽电池工作温度范围和应用领域),指出了作为全固态电池关键材料的固态电解质应满足的要求,并在此基础上分别讨论了聚合物电解质和无机固态电解质(特别是硫化物和氧化物)的优缺点。
此外,文章介绍了固态锂电池的 3 种结构类型,即薄膜型、3D 薄膜型和体型,综述了全固态锂电池从薄膜型向体型发展的历史进程及现状,并在此基础上讨论了全固态电池最终实现安全性、高能量密度和功率密度仍需解决的固态电解质材料方面问题。
随着能源危机和环境污染问题的日益突显,人们对清洁、可再生能源的
需求越来越迫切。
实际应用中,太阳能、风能、水力等可再生能源需要被转化为电能等二次能源才能广泛被人们加以利用。
为解决这类自然可再生能源与电力需求在时空分布上的不匹配问题,储能技术的发展必不可少。
在众多储能技术中,电化学储能技术,即电池的使用受到人们越来越多的
关注。
电池储能具有高效、规模可调的特点,既可整合于电力系统作为能量储
存单元,起到对电网削峰填谷的作用,提高电网运行的可靠性和稳定性,也可用于移动通讯、新能源汽车等领域,为人类生活质量的提高提供源源不断的能量支持。
专注下一代成长，为了孩子。
全固态锂电池技术研究现状和发展趋势
Telecom Power Technology研制开发全固态锂电池技术研究现状和发展趋势朱家辰（郑州大学化工学院，河南郑州随着全球经济的快速发展，大量的化石燃料被不断消耗。
我国未来的发展趋势是绿色环保，除了可以用绿色清洁的能源代替原本的化石燃料能源之外，还可以通过改进储能设备来高效地利用能源。
全固态锂电池具有高能量密度、高离子电导率、高安全性以及清洁等特点，逐渐引起人们的重视。
通过分析全固态锂电池技术的研究现状和发展趋势，探讨将其应用于智能穿戴产品的可行性。
全固态锂电池；电解质；研究现状Research Status and Development Trend of All Solid State Lithium Battery TechnologyZHU Jiachen(School of Chemical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhouof the global economy, as future development trend is green and environmental protection. In addition to replacing the original fossil fuel energy with green and clean energy, energy can also be efficiently utilized by improving energyxC6。
全固态锂电池能量传递如图全固态锂电池的优势：）高安全性。
传统液态锂电子电池的电解质中有易燃的液态有机溶剂，在遇到高温或因电池短路而导致局部温度升高时，极易发生电池爆炸。
而全固态锂电池乃无机材质，不易挥发、阻燃性好，在遇到高温时不易发生爆炸，具有很高的安全性能。
）高能量密度。
传统的液态锂电子电池由于放电Ve-e-放电充电充电Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+Li+ 2022年4月25日第39卷第8期· ２７ ·Telecom Power TechnologyＡｐｒ． ２５， ２０２２， Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．８ 朱家辰：全固态锂电池技术研究现状和发展趋势盐在高温下也会发生一定的分解促进电解液的反应，电解液消耗殆尽便无法储能。
全固态锂电池技术的研究现状与展望
全固态锂电池技术的研究现状与展望
随着新能源汽车的发展，动力电池技术成为了当前汽车行业蓬勃发展的重要领域。
全固态锂电池技术是新能源汽车动力电池领域的重要研究方向，它可以替代传统锂离子电池，是提高新能源汽车动力性能、降低新能源汽车成本的关键技术。
目前，全固态锂电池技术的研究取得了一定的成果，但仍然面临着许多挑战。
首先，全固态电池的能量密度较低，尚不能满足新能源汽车的超长航程要求；其次，全固态电池的制造工艺复杂，生产成本较高；此外，全固态电池的安全性仍需要进一步提高，消除温度升高和电池短路等安全隐患。
尽管如此，全固态锂电池技术仍具有巨大的发展潜力。
在材料研究方面，研究人员正在探索新的全固态电解质材料，以提高电池能量密度；在制造技术方面，研究人员正在探索更高效更成熟的制造工艺；在安全技术方面，研究人员正在探索新的安全措施，以确保电池的安全运行。
总的来说，全固态锂电池技术的研究正在不断推进，未来具有良好的发展前景。
只要不断加大研发力度，全固态锂电池技术将在不久的将来取得重大突破，成为新能源汽车动力电池技术的重要组成部分。
无机固态电解质及其电极-电解质界面优化对全固态锂离子电池性能提高的研究进展
第37卷第1期 (2021 年1月）福建师范大学学报（自然科学版）Journal of Fujian Normal University (Natural Science Edition)V ol.37，No. 1Jan. 2021DOI ：10. 12046/j. issn. 1000-5277. 2021. 01. 003 文章编号：1000-5277(2021)01-0018-13无机固态电解质及其电极-电解质界面优化对全固态锂离子电池性能提高的研究进展李志宣，陈越，林洪斌，林春，潘汉殿，黄志高(福建师范大学物理与能源学院，福建省f l子调控与新能源材料重点实验室，福建福州350117)摘要：固态电池研究的重点在于开发高离子电导率的固态电解质，并优化固态电解质和电极的界面问题.首先以近年来受到广泛研究的无机固态电解质为中心，主要介绍通过固相烧结、液相烧结、溶胶凝胶法等方法制备的包括L iPO N型、钙钛矿型、石榴石型和NAS丨C O N型在内的4种无机固态电解质及其在全固态锂离子电池中的应用；其次，通过对固态电解质表面修饰及界面优化，并结合不同的修饰方法讨论了界面优化的本征机制；最后对固态电池的研究开发、应用及发展前景进行了展望.关键词：全固态锂离子电池；固态电解质；无机；界面中图分类号：0641 文献标志码：AResearch Progress on Inorganic Solid Electrolyte and Its Improvement of Interface Issue for All-solid-state Lithium BatteriesLI Zhixuan, CHEN Yue, LIN Hongbin, LIN Chun, PAN Handian, HUANG Zhigao (College o f Physics and Energy, Fujian Normal University，Fujian Provincial Key Laboratory ofQuantum Manipulation and New Energy Materials, Fuzhou350117, China)Abstract ：The key issue for research of all-solid-state lithium-ion batteries is development of solid electrolytes with high ionic conductivities and improvement of interface issue between electrolyte and electrode. In this review, four types of solid electrolytes applied in all-solid-state lithium- ion batteries including LiPON-type, perovskite-type, garnet-type, NASICON-type were discussed, and various preparation methods including solid phase sintering, liquid phase sintering and sol-gel method were also reviewed. Additionally, the modification of electrolyte interface for solving interface issue was investigated, and the intrinsic mechanism of interface issue was discussed. At last, the future development and application on solid-state lithium batteries were proposed.Key words：all-solid-state lithium batteries；solid electrolyte；inorganic；interface.20世纪90年代初索尼公司发布的首个商业化锂离子电池推动了移动电子产品开始向轻量化、便 携式的方向发展.如今锂离子电池应用领域不断扩大，性能逐年提升.成熟的商业化锂电池采用的是 有机液态电解质，它虽然具有很高的离子电导率，但是在电池充放电过程中，特别是高温下容易与电 极发生界面副反应导致钝化膜的持续增长；而在低温或大电流充电下，金属锂容易在负极表面析出产 生锂枝晶会对电池寿命产生影响；同时由于液态电解质热稳定性低、燃点低等方面的缺陷可能引起电 池的燃烧爆炸等不容忽视的安全问题1:.为解决上述难题，科研人员将目光转向了使用固态电解质的 全固态锂电池，其相比于使用液态电解质的锂电池具有更高的安全性和能量密度，在电子产品、混合 动力汽车等领域拥有广阔的市场前景.固态电解质分为聚合物电解质和无机电解质，聚合物固态电解质的优势在于生产成本低廉，并且 在可穿戴柔性设备上具有应用前景，但也面临在室温下离子电导率低、机械强度和热力学稳定性较差收稿日期：2020-06-01基金项目：国家自然科学基金资助项目（61574037 , 21203025)通信作者：黄志高（1%4-),男，教授，博士，研究方向为先进材料设计和新能源材料.Z ghuang@.,.n第1期李志宣，等：无机固态电解质及其电极-电解质界面优化对全固态锂离子电池性能提高的研究进展 19以及电化学窗口窄等问题2].无机固态电解质所具有的高离子电导率、电化学和热力学性能的稳定、优秀的机械性能和不易燃等特点使它在作为电解质时能够平衡电池的使用性能同时保障安全性.早期对固态电解质的开发在于寻找高离子电导率、低电子电导率及合适电化学窗口的离子导体材料3].这些关键性能参数在近几年的研究开发中得到了大幅提升，但同时固态电解质的实际应用发展又面临新—高的界面阻抗14].与传统有机液态电解质与电极良好的接触性不同的是，固态电解质虽然 的挑战—已经具有很高的离子电导率，但由于固态电解质和电极的固/固界面接触性较差使得界面阻抗大大增加，阻碍离子传输和电池的容M释放5i.因此，近年来全固态电池的研究方向一方面在于探索制备更 高离子电导率电解质，另一方面在于通过各种方法修饰固态电解质和电极的接触界面以优化界面，降 低阻抗，提高电池性能.本文将介绍近年来全固态锂离子电池所选用的电解质及其合成方法，并综述 了优化固态电解质界面问题的最新进展.1无机固态电解质近年来，无机化合物由于其高的离子电导率成为热门锂电池电解质研究材料.目前开发的无机固态电解质材料可分为氧化物型和硫化物型.硫化物固态电解质由于和金属锂的化学亲和力较弱f6]，锂离子在硫化物内的流动性更强使它具有超高的离子电导率.硫化物固态电解质主要为LISICON型，其 化学式为 Li.I V^M'S,(M 为 Si、Ge,M'为P、A l、Zii、Ga、Sb)，它们为7-Li3P04 结构；还有 Li2S-P2S5.且认为硫化物电解质Li2S-P2S5和L1SIC0N型固态电解质Li4_,Ge h P tS4(0 < x < 1)具有好的发 展前景7:.Yoshikatsu等[8]制备出一种Li2S-P2S5玻璃陶瓷，在室温下离子电导率达到了 1.7x l(T2S . cm'2011年，Norilu等[9:使用真空烧结的方法制备出了新型的固态电解质I」丨〇GeP2S12,在室温下离 子电导率达到了 1.2x l(T2S •cm'虽然硫化物固态电解质超高的离子电导率甚至超过了许多液态电 解质，但硫化物电解质在接触到空气后会和空气中的水发生反应产生有毒气体H2S，在影响电池稳定 性的同时也会造成安全隐患和环境污染问题.与之相比，无机氧化物电解质在化学稳定性和热稳定性 上的优势可以很好地解决人们对锂离子电池高能量密度的需求和电池使用安全问题之间的矛盾.随着 研究不断深人，新开发的无机氧化物电解质种类繁多，以下将主要综述广泛使用的石榴石型、LiPON 型、钙钛矿型和NASIC0N型4种类型的无机氧化物固态电解质.1.1石榴石墦石榴石型的固态电解质在1969年被首次报道11(1，化学通式为：Li3+,A,B2012，石榴石固态电解质 的结构分为四方相和立方相，锂原子可分别占据八面体Zr06和十二面体LaOs配位，其中立方相为离 子电导率更高的高温稳定相.Tliangadurai等11在2003年首次发现『新型石溜石结构的锂离子导体Li5La3M2012(M = Nb，Ta)，并且之后在高温下采用传统的固态反应法成功制备出离子电导率达到0. 1~ 1.0 mS •的石榴 石型固态电解质Li7La,Zr2012(LLZ0).相比于上文提到的硫化物固态电解质，石榴石型固态电解质 具备更好的安全性和热稳定性[121.为了提高石榴石型电解质的电导率，在制备过程中掺人元素是一 种有效的办法.Xiang等'13制备了 LiwA^La^Zi^O^ (A= Be、B、Al、Fe、Z n和Ga),其中掺人兀素 的比例0.2~0. 3.根据电化学阻抗谱的测量结果，发现A1、F e和G a掺杂的LLZ0样品具有更高的离 子电导率，其中G a掺杂的样品在室温下的电导率达到了 1.31x l〇-3S .cm'同时结合XRD物相分析 发现，通过Al、F e和G a元素的掺杂实现了对L i元素的替代，使得掺杂后的LLZ0样品中具有更高离 子电导率的立方相更加稳定，从而提高了样品的离子电导率.243»等[|4]使用固相反应法制备了 A1掺 杂的LLZ0样品.样品化学式为：Li7_,Al,La3Zr2012,A1的掺杂量控制在0~0.25之间.如图l(a)(b)所示的乂1^测量结果表明，在丨」7_，丨>1^為20|:样品中的四方相和立方相的含量随着人1掺杂量的变 化而变化，当掺人0.1 mol的A1时，样品中四方相的信号几乎消失而表现出纯的立方相.结合对一系 列不同含量的样品的阻抗谱分析（如图I(c)所示），并通过计算得出掺量为0.1 mol的样品具有最大的 离子电导率，在30 t下达到了 L41x l〇_4S •o ir1,这与之前XRD的测试中立方相含量最高的结果相吻合.20福建师范大学学报（自然科学版)2021 年-20.-0 mol A1 0.05 mol A1 0.10 mol A1 0.20 mol A i3026/(°)40图1(a) (b) Al-LLZO样品的X射线衍射图谱，（c)在30尤下0〜0.25 mo丨含量范围内A1元素掺杂LLZO样品的电化学阻抗谱[|4]Fig. 1( a) ( b) X-ray diffraction patterns of Al-LLZO samples，（ c) Nyquist plots for the totalionic conductivity of LLZO samples with 0 〜0. 25 mol Al doping at 30 Ti 14■等[15]则使用Li2C03、Rb2C03、La203、21〇2和〇320,粉末，通过固相反应的方法制得了 Ga、汕元素掺杂的1^62。
固态锂电池界面问题的研究进展
固态锂电池界面问题的研究进展毕志杰;赵宁;石川;郭向欣【摘要】与传统锂离子电池相比,基于固体电解质的固态锂电池具有能量密度高、循环寿命长及安全可靠等特点,是当今能源存储领域的研究热点之一,未来有望在电动汽车和便携电子设备等领域得到广泛应用.固体电解质内部界面决定了电解质的离子电导率;与固液界面相比,固态锂电池中电极与固体电解质之间形成的固固界面具有更高的接触电阻,同时,界面相容性和界面稳定性显著影响固态锂电池的循环性能和倍率性能.因此,解决固态锂电池中的界面问题是取得电池性能根本性突破的关键因素.介绍了本研究团体在基于锂镧锆氧(LLZO)固体电解质的固态锂电池中不同界面问题的研究进展,并对固态锂电池中界面调控及优化做出展望.%Compared with traditional lithium ion batteries, the solid state lithium batteries based on solid state electrolytes with features of large energy density, long cycle life and high safe reliability are one of the research hotspots in the field of energy storage. Solid state lithium batteries would be widely used in electric vehicles and portable electronics in the future. The ion conductivity is determined by the internal interface of the solid state electrolyte. Compared with the solid-liquid interfaces, the formed solid-solid interfaces between electrodes and solid electrolytes in the solid batteries exhibit higher contact resistance. Meanwhile, the interface compatibility and stability markedly affect the cycle stability and rate capability of solid state lithium batteries. Therefore, solving the interfaces issues in solid state lithium batteries is critical for realizing high performance. The research progress of various interfacial issues on solid state lithium batteries basedon LLZO electrolytes was reviewed, and the perspective on the interfacial manipulation and optimization for solid state lithium batteries was prospected.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2019(043)004【总页数】7页(P543-549)【关键词】固态锂电池;固体电解质;界面调控;锂镧锆氧;能量密度【作者】毕志杰;赵宁;石川;郭向欣【作者单位】青岛大学物理科学学院,山东青岛 266071;青岛大学物理科学学院,山东青岛 266071;青岛大学物理科学学院,山东青岛 266071;青岛大学物理科学学院,山东青岛 266071【正文语种】中文【中图分类】TM911随着石化燃料的大量使用和不断枯竭，绿色可再生能源的开发与高效利用成为全球共同关心的问题[1-3]。
全固态锂电池技术的研究现状与展望
全固态锂电池技术的研究现状与展望一、本文概述随着全球能源需求的日益增长和环境保护压力的持续增大，新型高能量密度、长寿命、高安全性的电池技术已成为研究热点。
全固态锂电池（SSLIBs）因其具备高能量密度、快速充电、长寿命和低安全风险等优势，成为了电池技术领域的一颗新星。
本文旨在对全固态锂电池技术的研究现状进行全面的综述，并展望其未来的发展趋势。
我们将从全固态锂电池的基本原理、关键材料、制造工艺、性能评估以及应用前景等方面进行深入探讨，以期为相关研究和产业化提供有价值的参考。
我们也将关注全固态锂电池技术面临的挑战和可能的解决方案，以期推动这一领域的持续发展和进步。
二、全固态锂电池技术的研究现状近年来，全固态锂电池技术的研究取得了显著的进展，成为了电池科技领域的研究热点。
固态电解质作为全固态锂电池的核心组件，其材料选择和性能优化成为了研究的重点。
目前，固态电解质主要分为硫化物、氯化物和氧化物三大类。
硫化物电解质具有较高的离子电导率，但机械强度较低；氯化物电解质离子电导率高且稳定性好，但制备工艺复杂；氧化物电解质则以其高机械强度和化学稳定性受到广泛关注。
在电池结构方面，全固态锂电池采用了多层结构和纳米结构设计，以提高电池的性能和安全性。
多层结构通过在电解质和正负极之间引入额外的隔离层，防止了锂枝晶的形成和电解质的降解。
纳米结构设计则通过减小电解质和正负极的粒径，增加活性物质的接触面积，从而提高电池的容量和能量密度。
在制备工艺方面，研究者们不断探索新的制备技术，如高温固相法、溶液法、熔融盐法等，以制备出性能优异的固态电解质和全固态锂电池。
同时，研究者们还关注于提高电池的生产效率和降低成本，以实现全固态锂电池的商业化应用。
然而，尽管全固态锂电池技术取得了显著的进展，但仍面临一些挑战和问题。
固态电解质的离子电导率相比液态电解质仍较低，影响了电池的倍率性能。
固态电解质与正负极之间的界面电阻较大，降低了电池的能量效率。
全固态电池材料与器件的研究进展
全固态电池材料与器件的研究进展全固态电池是一种新型的高能量密度、高安全性、长寿命的电池，一直以来都备受科学家们的关注和重视。
在过去的几十年中，大量的研究工作都在对全固态电池的材料和器件进行探索和改进。
本文将从材料和器件两个方面来探讨全固态电池的研究进展。
全固态电池材料的研究进展全固态电池的核心是电解质，好的电解质材料可以提高电池的能量密度、电化学性能和安全性。
目前，已有许多种材料可以作为全固态电池的电解质，例如氧化物、硫化物、氟化物等。
其中，较为常见的电解质材料包括锂磷酸盐系、硫化物系、氧化物系和氟化物系等。
锂磷酸盐系材料是目前应用于全固态电池中最为成熟的电解质。
这类材料由锂阳离子和磷酸根离子构成，在高温环境下具有良好的导电性，同时具有稳定的电化学性质和良好的机械强度。
它的优点在于使用寿命长且工作电压范围宽。
但是锂磷酸盐电解质还不能承受长期高温电池工作，这一点对于准固态电池的发展带来了较大阻碍。
硫化物系是近年来被广泛研究的全固态电池材料之一，具有较高的离子传导率、较大的电化学窗口和较高的理论能量密度。
而硫化物电解质主要分为玻璃电解质和晶体电解质。
晶体电解质的优势主要是其在高温条件下的稳定性更好，例如Li10GeP2S12和Li7P3S11。
氧化物系电解质是全固态电池材料中较为新的一类，主要包括氧化铝、氧化钇、氧化锆等。
氧化物电解质器件具有良好的电化学性能和较高的热稳定性，可以在高温条件下长时间工作。
氟化物系电解质是一种比较前沿的全固态电池电解质材料。
氟化物电解质具有高的离子迁移率和较宽的电化学窗口，可实现更高的能量密度和功率输出。
现在，氧化铟氟化物、氧化铌氧化钙氟化物、氯化碱金属氟化物等氟化物电解质材料正在被广泛研究。
全固态电池器件的研究进展全固态电池器件一般由阳极、电解质和阴极三个部分组成。
其中，阳极主要由锂或锂合金构成，而阴极则通常由钴、镍、铁或锡等材料构成。
在全固态锂离子电池领域，阳极材料的研究得到了广泛关注和深入研究。
全固态锂离子电池的研究及其应用前景分析
全固态锂离子电池的研究及其应用前景分析近年来，随着能源需求的不断增长，以及对环境保护的不断提高，全固态锂离子电池已成为了当今电池技术领域的研究热点之一。
与传统的液态锂离子电池相比，全固态锂离子电池拥有着更高的能量密度、更长的使用寿命、更高的安全性能等优点，因此备受关注。
那么，全固态锂离子电池究竟是如何实现的？又在哪些领域有着广泛的应用前景呢？本文将对这些问题进行深入探讨。
一、全固态锂离子电池的研究现状全固态锂离子电池是指在电池中使用固态电解质，与传统的液态锂离子电池相比，具有更高的安全性、更长的使用寿命等优势。
近年来，全固态锂离子电池的研究成果不断涌现，主要集中在以下几个方面：1、材料研究全固态锂离子电池最核心的问题在于寻找适合作为电解质的固态材料，目前主要研究方向包括氧化物、硫化物、磷酸盐等多种类型。
2、电极材料研究电极材料是全固态锂离子电池的另外一个关键因素，目前主要使用的电极材料包括硅、碳、锂钛酸等。
3、接触界面问题研究接触界面问题是全固态锂离子电池的瓶颈之一，目前研究主要集中在电极与电解质之间的接触，以及电极与集流体的连接问题。
以上是目前全固态锂离子电池研究中的关键问题，尽管在这些问题的解决方面，研究人员已经取得了不少成果，但仍存在一些技术难点。
比如，电解质的制备和设计是全固态锂离子电池研究最大的瓶颈之一，需要用更为精准的技术手段来提高电解质的稳定性和导电性等性能。
二、全固态锂离子电池的应用前景分析随着对新能源领域需求的不断增长，全固态锂离子电池的潜在应用市场也正在不断扩大。
目前全固态锂离子电池的应用前景主要涵盖以下几个方面：1、新能源汽车在新能源汽车领域，锂离子电池一直是主流电池技术，但传统的液态锂离子电池存在着充电速度慢、温度敏感等问题，而全固态锂离子电池则能完美解决这些问题，因此在新能源汽车领域，全固态锂离子电池有望成为未来的主流。
2、储能系统在可再生能源储能方面，全固态锂离子电池可以更好地满足太阳能、风能等可再生能源的高效储存需求，同时具有更高的安全性能、更长的使用寿命等优势，因此在光伏和风能储能的应用领域具有非常广阔的前景。
全固态锂电池技术发展趋势与创新能力分析
全固态锂电池技术发展趋势与创新能力分析摘要：当前世界面临资源短缺、气候变化、环境污染、能源贫瘠等一系列重大挑战，其根本原因是人类对化石能源的大量消耗和严重依赖。
因此，全球能源格局迫切需要从化石能源绝对主导向绿色、低碳、清洁、高效、智慧、多元方向转变，而储能技术因对风电、光伏等波动性清洁能源具有直接或间接的调控能力，确保能源生产与消费平衡，提升能源系统整体经济性水平，降低用能成本，因而受到业界高度关注。
而电化学储能技术因具有不受地理环境限制，效率高、响应快，能将电能直接存储和释放的优势，主要作为功率型储能技术，引起新兴市场和科研领域的广泛研究。
关键词：全固态锂电池；技术发展趋势；创新能力引言传统锂离子电池所使用的电解液是液态有机电解液，储存大量电时的安全风险较大，因此，发展全固态锂离子电池可以解决锂离子电池的基本安全问题。
全固态锂离子电池由正极、负极和固体电解质组成。
固体电解质是一种不可燃性和挥发性的成分，锂离子电池的导电还能阻止电子传输，消除电池烟雾和火灾等安全隐患，是电动汽车和大规模储能的理想化学电源，并受到目前，中国、日本和美国等许多国家政府希望到2020年开发能源密度在400瓦时至500瓦时/千克之间的原型，到2025-2030年实现大规模生产。
因此，制备电导率高、电化学稳定性好的固体电解质、改善固体电解槽接口的阻抗以及相应的高能电解槽材料对实现这一目标至关重要。
1定义与特点固体锂电池是一种高能量密度、高安全性的电池。
与目前销售的锂离子电池中使用的液体电解液不同，固体锂电池中使用的固体电解液不易燃烧。
固体锂电池包括正极、固体电解质、负极、集液、极柱等材料。
固体电解质有三大类:氧化物、硫化物和聚合物。
半导体锂电池可分为两大类:半导体锂电池，它用固态、无液体电解质完全取代液体锂电池中的电解质，所有材料均以固体形式提供；其次，固体液混合电解液锂电池既含有固体电解液，又含有液体电解液。
当液体含量低时，例如当细胞质量低于5%时，一些研究人员也称之为固体锂电池。
锂离子电池固态电解质的研究进展
锂离子电池固态电解质的研究进展王伟;朱航辉【摘要】固态锂离子电池具有安全性能高、能量密度大、工作温区广等优点,是锂离子电池领域的研究热点.固体电解质的研究是固态锂离子电池实现应用的先决条件,目前国内外研究较多的有晶态的LISICON结构、钙钛矿结构、石榴石结构电解质和非晶态的氧化物、硫化物、氮氧化物电解质.概述了锂离子电池固态电解质的研究进展,对各种电解质的发现过程、晶体结构、电导率等性能进行了详细的介绍.%Solid-state lithium ion battery has become an important focus due to higher safety,higher energy density and wider operating temperature compared to the commercial lithium ion battery with liquid organic electrolyte.Research and development of solid electrolyte are the keys for the successful market penetration of solid state lithium ionbattery.Nowadays,two categories materials were widely studied in last decade,crystal materials included LISICON,Perovskite and Garnet type Li ion conductors,glasses state materials included oxides electrolyte system,sulfide electrolyte system and LiPON electrolyte system.The research progresses of solid electrolyte in lithium ion battery were summarized,and introduced the finding,crystal structure,and conductivity of electrolytes.【期刊名称】《应用化工》【年(卷),期】2017(046)004【总页数】5页(P760-764)【关键词】锂离子电池;固态电解质;晶体结构;硫化物电解质【作者】王伟;朱航辉【作者单位】长安大学环境科学与工程学院化学工程系,陕西西安 710054;长安大学环境科学与工程学院化学工程系,陕西西安 710054【正文语种】中文【中图分类】TQ152科技的进步推动了为日用电子产品提供电能的锂离子电池的快速发展，但是，锂离子电池在使用过程中也存在着电解液泄露、燃烧、爆炸等危险。
全固态锂离子电池的研究及其在电池技术中的应用
全固态锂离子电池的研究及其在电池技术中的应用随着社会的发展，电子产品在人们日常生活中扮演越来越重要的角色，而这些电子设备的核心就是电池。
传统的电池技术有着较多的弊端，如充电时间长、存储能量低等。
因此，全固态锂离子电池作为一种全新的技术，近年来受到越来越多的关注，其具有高能量密度、长循环寿命、安全性好等优点。
本文将详细介绍全固态锂离子电池的研究进展及其在电池技术中的应用。
一、全固态锂离子电池的研究进展1. 全固态锂离子电池的定义全固态锂离子电池即采用固态电解质代替传统液态电解质的锂离子电池。
相较于传统液态电解质，在高温、高压等条件下仍能维持稳定的性能，同时储存能量也更为安全。
2. 全固态锂离子电池的研究现状随着科技的不断发展，全固态锂离子电池的研究进展也越来越快。
研究人员通过材料改良、电极设计等方式，开发出了一系列的全固态锂离子电池原型。
例如，固态电解质可采用硅化物、氧化物、磷酸盐、聚合物等材料，而电极则可以使用纳米颗粒、多孔材料等新型材料。
二、全固态锂离子电池在电池技术中的应用1. 全固态锂离子电池在电动汽车领域的应用由于其储能密度更高、充电时间更短、使用寿命更长，全固态锂离子电池已成为电动汽车领域的重要替代品。
同时，其安全性也更为出色，大大降低了电池自燃等安全事故的风险。
2. 全固态锂离子电池在可穿戴设备中的应用可穿戴设备因其轻便、便捷的特点，已受到了用户越来越广泛的欢迎。
全固态锂离子电池的优异性能可大大增加可穿戴设备的使用时间，尤其是在智能手表、健康监测器等配备蓝牙等功能较多的设备中，全固态锂离子电池的应用更具优势。
3. 全固态锂离子电池在无线供电技术中的应用全固态锂离子电池的安全性、可重复充电性等特点也为其广泛应用于无线供电领域提供了可能。
例如，可以将其应用于智能家居系统、无人机等无线电力设备中，大大提高了系统的稳定性和可靠性。
三、全固态锂离子电池的未来发展与展望随着全固态锂离子电池研究的深入，我们相信其性能会不断得到提升，成本也会得到进一步降低。
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全固态锂离子电池的研究进展杨玉梅/文【摘要】全固态锂离子电池因其容量更大、质量更轻、安全性能更高而受到广泛关注。
全固态锂离子电池技术开发的难点和重点在于固态电解质，要解决的首要问题是提高电导率，这也是全固态锂离子电池迄今还没有能够大规模应用的主要原因。
本文将介绍近年来全固态锂离子电池的一些研究情况。
【关键词】锂离子电池；全固态；研究进展锂离子电池因其能量密度高、寿命长等优异的性能，自1991年投入市场以来一直备受瞩目，已成为21世纪能源经济中一个不可或缺的组成部分。
不过锂离子电池在汽车、储能等大型电池领域的应用中还存在一些亟待解决的问题，比如安全问题。
锂离子电池的有机电解液易挥发易燃易爆，是导致锂离子电池安全问题的主要元素。
[1]全固态锂离子电池从根源上解决了这一问题，并且还有容量大、质量轻等优点，研究可实现产业化的全固态锂离子电池迫在眉睫。
全固态锂电池是相对液态锂电池而言，是指结构中不含液体，所有材料都以固态形式存在的储能器件。
具体来说，它由正极材料+负极材料和电解质组成，而液态锂电池则由正极材料+负极材料+电解液和隔膜组成。
作为全固态锂离子电池的核心组成部分——锂离子固体电解质材料，是实现其高性能的核心材料，也是影响其实用化的瓶颈之一。
固体电解质的发展历史已经超过一百年，被研究的固体电解质材料有几百种，而固体电解质只有在室温或不太高的温度下的电导率大于10-3S/cm才有可能应用于电化学电源体系，而绝大多数材料的电导率值要比该值低几个数量级，这就使具有实际应用价值的固体电解质材料很少。
[2]1.全固态锂离子电池概述2.固态电解质研究进展电解质作为电池中一个至关重要的组成部分，其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、高低温性能和使用寿命。
评判电解质的指标一般有：（1）离子导电率：离子导电率会影响所组装的电池的本体电阻大小，对于固体电解质来说，离子导电率一般要求达到10-4S/cm 以上。
（2）迁移数：指通过电解质的电流中锂离子贡献的比例，理想状态下，迁移数为1。
迁移数过低的话阴离子会在电极表面富集，导致电池极化加剧，电阻增大。
（3）电化学窗口：电池的工作电压范围内电解质需要有较高的电化学稳定性，否则会在工作过程中发生分解，一般要求电化学窗口高于4.3V。
[3]目前被研究的固体电解质主要有氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质、复合固态电解质几种，下面将详细介绍这几种固体电解质及其研究进展。
2.1氧化物固态电解质根据物质结构将氧化物固态电解质分为晶态电解质和玻璃态（非晶态）电解质。
晶态电解质包括Garnet 型固态电解质，钙钛矿型Li 3x La 2/3-x TiO 3固态电解质，NASICON 型Li 1+x Al x Ti 2-x(PO 4)3和Li 1+x Al x Ge 2-x (PO 4)3固态电解质等。
玻璃态电解质包括反钙钛矿型Li 3-2x M x HalO 固态电解质和LiPON 薄膜固态电解质。
2.1.1Garnet 型固态电解质[4]传统的Garnet 型电解质是Li 7La 3Zr 2O 12（LLZO），立方相的Garnet 型电解质具有较高的室温离子电导率（10-3S/cm），并且与金属锂接触时较其他类型的电解质稳定，是目前认为较有前景的电解质之一。
目前Garnet 型电解质面临的两大难题：1.较高的锂含量使电解质表面易与空气中的水、CO 2生成氢氧化锂和碳酸锂，从而导致较大的界面阻抗，使电池性能变差。
2.Garnet 型电解质与金属锂浸润性较差，在循环过程中锂离子沉积不均匀，易产生枝晶，存在严重的安全隐患。
问题1的一个有效的解决办法是向LLZTO 体系中引入2%（质量分数）LiF，引入的LiF 并不能影响LLZTO 的晶体结构，却可以减少LLZTO 的Li-Al-O 晶界相与水及CO 2的反应，有效降低了LLZTO 与金属锂的界面电阻及LLZTO 的晶界阻抗。
问题2的解决办法主要有两种：一种是在金属锂和电解质界面之间引入聚合物或者凝胶电解质作为缓冲层，用于浸润金属锂和抑制锂枝晶。
另一种是在电解质陶瓷片上溅射能够与金属锂形成合金的物质，该溅射层在循环过程中能与锂自发形成合金层，从而达到锂与电解质表面的良好接触，降低界面阻抗，抑制锂枝晶的形成。
2.1.2钙钛矿型Li 3x La 2/3-x TiO 3固态电解质[5]钙钛矿型(LLTO)电解质具有结构稳定，制备工艺简单，成分可变范围大等优势。
LLTO 室温颗粒电导率达到10-3S/cm，但其晶界阻抗较大，纯相LLTO 的离子电导率小于10-5S/cm，致使其总电导率减少。
LLTO 固态电解质的问题主要是总电导率小、与金属锂负极间的稳定性较差。
LLTO 总电导率主要由晶界电导率控制，通过对Li/La 位和Ti 位掺杂，可以提高颗粒电导率，但对晶界电导率影响较小，晶界修饰对材料电导率提高更为有效。
将非晶态SiO 2引入到LLT 基体中，30℃时的总电导率达到1×10-4S/cm。
LLTO 与金属锂负极间的稳定性较差，是因为金属锂能够将Ti 4+部分还原为Ti 3+而引入电子电导。
解决办法：在LLTO 表面涂覆固体聚合物电解质，避免LLTO 与金属Li 直接接触，组装的全固态电池具有优良的循环性能。
2.1.3NASICON 型固态电解质[4]NASICON 型固态电解质具有较高的离子电导率并且对水、空气具有优异的稳定性，从而引起研究者的广泛关注。
NASICON 型固态电解质需要解决的是与电机接触面的问题以及抑制锂枝晶的产生。
WEN 等报道了一个基于NASICON 型Li 1.5Al 0.5Ge 1.5(PO 4)3（LAGP）的凝胶-陶瓷的多层结构电解质，可以有效改善界面接触。
GOODENOUGH 团队报道了一个聚合物/陶瓷/聚合物的夹心型电解质，聚合物与金属锂有较好的浸润性，所以界面处的锂离子能够均匀沉积，从而抑制锂枝晶的产生。
同时中间的陶瓷片Li 1.3Al 0.3Ti 1.7(PO 4)3（LATP）只允许锂离子通过，不允许阴离子通过，即迁移数为1的特性，使得聚合物与金属锂界面处的电势差降低，界面更加稳定。
2.1.4反钙钛矿型固态电解质[5]反钙钛矿结构固态电解质具有低成本、环境友好、高的室温离子电导率(2.5×10-2S/cm)、优良的电化学窗口和热稳定性以及与金属Li 稳定等特性。
Li 3-2x M x HalO 其中M 为Mg 2+、Ca 2+、Sr 2+或Ba 2+等高价阳离子，Hal 为元素Cl 或I。
目前研究的反钙钛矿型固态电解质为Li 3ClO。
在反钙钛矿结构Li 3ClO 中，Cl 原子占据立方体的体心、O 原子占据八面体的中心，Li +离子占据八面体的顶点；形成一种显著的富Li 结构。
通过高价阳离子(如Mg 2+、Sr 2+、Ca 2+、Ba 2+)的掺杂，阳离子的存在使得晶格中产生大量的空位，这样增加了锂离子的传输通道，降低了Li +离子扩散的活化能，提高了电解质的离子导电能力。
2.1.5LiPON 薄膜固态电解质[6]LiPON 材料具有优秀的综合性能，室温离子导电率为2.3×10-6S/cm，电化学窗口为5.5V（vs.Li/Li +），热稳定性较好，并且与LiCoO 2、LiMn 2O 4等正极以及金属锂、锂合金等负极相容性良好。
对LiPON 材料的研究集中在其制备方法。
CHINHO 等以Li(C 11H 19O 2)、(C 2H 5)3PO 4以及氨气为原料，利用金属-有机化学气相沉积法（MOCVD）合成了LiPON 材料，其室温离子电导率可达2.95×10-7S/cm。
OUDENHOVEN 等发现采用MOCVD 制备的LiPON 薄膜与Si 负极具有良好的相容性，可以有效抑制负极SEI 膜的生成、提高循环寿命。
NISUL 等利用原子层沉积（ALD）的方法制备了N 元素含量较高的LiPON 薄膜（组分为Li 0.95PO 3.00N 0.60），将室温离子电导率提高至6.6×10-7S/cm。
研究者们还采用元素替换和部分取代的方法制备性能更优异的LiPON 型非晶态电解质。
JOO 等采用S 替换P，制备得到具有Li 0.29S 0.28O 0.35N 0.09组分的化合物，简称为LiSON，离子电导率达2×10-5S/cm，电化学稳定窗口5.5V。
2.2硫化物固态电解质由于S 相对于O 对Li 的束缚作用较弱，有利于Li +的迁移，因此硫化物的电导率往往显著高于同种类型的氧化物。
许多主族元素与硫能够形成更强的共价键，所得到的硫化物更稳定，不与金属Li 反应，使得硫化物电解质具有更好的化学和电化学稳定性。
硫化物电解质对空气中的水汽敏感，对金属锂不稳定，在大电流时仍有被锂枝晶刺穿的可能，与电极的接触状况在卸去外加压力时迅速恶化。
[7]Ohtomo 等发现在75Li 2S-25P 2S 5电解质体系中添加FeS、CuO 等添加剂，能够明显抑制H 2S 气体的产生。
1999年，Kanno 等提出用硫替代LISICON 中的氧得到thio-LISICON 结构晶态固态电解质。
Kamaya 等报道了一种具有锂离子三维扩散通道的硫化物晶态电解质Li 10GeP 2S 12(LGPS)，其室温电导率达到1.2×10-2S/cm。
Kato 等开发出了一种新型硫化物晶态电解质Li 9.54Si 1.74P 1.44S 11.7C l0.3，该材料在27℃时离子电导率达到2.5×10-2S/cm。
硫化物玻璃固态电解质有Li 2S-SiS 2和Li 2S-P 2S 5，其本征电导率只有10-8～10-6S/cm。
Hayashi 等发现经高温析晶处理后部分Li 2S-P 2S 5玻璃相发生晶化形成玻璃陶瓷，两相结构使得电解质电导率明显提升。
此外，通过掺杂在硫化物玻璃电解质中引入新型的网络形成体，也可以提高锂离子电导率。
[5]2.3聚合物固态电解质[4]聚合物电解质（SPE）的组成与有机电解液比较接近，只是聚合物电解质的溶剂以固体形式存在。
聚合物固态电池相比于电解液电池的优点是：①热稳定性好，安全性能好，可以长期在60℃～120℃下工作不会发生燃烧爆炸；②可以制成柔性薄膜电池。
聚合物固态电解质的问题是室温下离子电导率低，一般需要在高于其融化温度以上的温度下工作，但温度升高后机械强度又下来了。
聚合物电解质中急需解决的问题是高离子电导率和高机械强度之间的矛盾。
为了解决这一矛盾，研究者们做了大量的工作。
ARCHER 等报道了一个聚乙烯/聚氧化乙烯（PE/PEO）交联的聚合物电解质，PE 链提供机械强度，PEO链传导锂离子，从而达到了一个离子电导率和机械强度的平衡，使得该交联的SPE 同时兼具高的离子电导率（25℃1.6×10-4S/cm）和高的机械强度。