中國粉體網訊 目前固態電池已經被公認為是發展下一代高安全、高比能量的鋰（離子）電池的關鍵技術。而固態電解質是全固態電池的關鍵核心材料。相比于液態電解質，固態電解具有良好的安全性、優異的靈活性和可加工性，還可使電池具有更高的能量密度、更好的安全性能；此外，固態電解質可實現隔膜與電解液一體化，降低成本。其在很大程度上決定著電池的能量和功率密度、循環穩定性、安全性能和使用壽命等。目前常見的固態電解質可分為聚合物類電解質、氧化物類和硫化物類無機物固態電解質。
聚合物固態電解質
聚合物固態電解質(SPE)由聚合物基體和鋰鹽構成，具有黏彈性好、機械加工性能優等特點。常用的鋰鹽有LiPF6，LiTFSI，LiClO4，LiAsF4和LiBF4等，SPE基體包括聚環氧乙烷、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等。
聚合物固態電解質率先實現應用，但存在高成本和低電導率兩個致命問題。目前主流的聚合物固態電解質是聚環氧乙烷（PEO）電解質及其衍生材料。2011 年法國 Bollore 公司推出固態電池為動力系統的電動車，聚合物固態電池率先實現商業化。聚合物電解質在室溫下導電率低，能量上限不高，升溫后離子電導率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商業化的難度。
氧化物固態電解質
氧化物固態電解質有晶態和玻璃態兩種形態，其中晶態氧化物固態電解質包括鈣鈦礦型、反鈣鈦礦型、NASICON型、石榴石(Garnet)型及LiPON型等。
氧化物固態電解質綜合性能好，LiPON薄膜型全固態電池已小批量生產，非薄膜型已嘗試打開消費電子市場。LLZO型富鋰電解質室溫離子導電率為10-4S/cm、電化學窗口寬、鋰負極兼容性好，被認為是最有吸引力的固態電解質材料之一，制約其發展的重要因素是電解質和電極之間界面阻抗較大，界面反應造成電池容量衰減。
硫化物固態電解質
氧化物固態電解質中O被S取代后即硫化物固態電解質。S的原子半徑和極化率大，造成晶格畸變形成較大的離子通道。S與Li+間結合力較弱，體系內可移動載流子數量大，因而硫化物固態電解質表現出較好的離子電導性。但硫化物電解質在空氣中極不穩定，易與空氣中的 H2O 反應生成 H2S，而降低電解質的使用壽命。
硫化物固態電解質電導率最高，研究難度最高，開發潛力最大，如何保持高穩定性是一大難題。LGPS 電解質的離子電導率高達1.2x10-2 S/cm，可與液態電解質相媲美。雖然硫化物電解質與鋰電極的界面穩定性較差，但由于離子電導率極高、電化學穩定窗口較寬（5V以上），受到了眾多企業的青睞，尤其是日韓企業投入了大量資金進行研究。
三大固態電解質體系及特點
資料來源：Recent progress of the solid-state electrolytes for high-energy metal-based batteries, Lei Fan
目前氧化物體系進展最快，硫化物體系緊隨其后，高能聚合物體系仍處于實驗室研究階段，硫化物和聚合物體系都已取得長足進展。
不同企業選擇的電解質技術路線
資料來源：寧德時代、輝能科技、LG 等公司官網，光大證券研究所
另一方面，采用固態電解質后，全固態鋰電池內部將出現電極材料與固態電解質的固固界面接觸，與液體電解質不同，固固之間無法實現潤濕性，由此產生的界面接觸電阻會嚴重影響內部離子傳輸，使得全固態鋰電池內阻增大、電池循環和快速充放電性能變差等。為解決全固態電池內部的界面接觸難題，同時充分利用現有液態鋰離子電池的生產工藝和設備，降低制造成本，目前固態電池技術路線為優先發展混合固液鋰電池，逐步降低液態電解質的含量，最后實現全固態鋰電池。
參考資料
光大證券.固態電池：搶占下一代鋰電技術制高點——動力電池成本系列報告之三
劉魯靜等.全固態鋰離子電池技術進展及現狀
郭浩正.固態電池的商業化時代到來了嗎？
（中國粉體網編輯整理/黑金）
注：圖片非商業用途，存在侵權告知刪除！
