隨著化石能源的大量使用與不斷枯竭，綠色可再生能源的開發(fā)成為全球共同關(guān)心的問題。研究和開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)高效能量存儲和轉(zhuǎn)換的二次電池不僅關(guān)系著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和安全戰(zhàn)略，更重要的是與人們的生活息息相關(guān)。

固態(tài)電池是比傳統(tǒng)鋰離子電池更優(yōu)秀的儲能電池，固態(tài)電池具有能量密度大、安全可靠性高、工作溫度寬及循環(huán)壽命長等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，固態(tài)電池還具有結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)�？烧{(diào)、設(shè)計(jì)彈性大等特點(diǎn)，既能設(shè)計(jì)成厚度僅幾微米的薄膜電池，又可以設(shè)計(jì)成宏觀體型電池，用于驅(qū)動電動汽車、電網(wǎng)儲能等領(lǐng)域。

固態(tài)電池的電解質(zhì)材料是研發(fā)固態(tài)電池的核心，從根本上決定了電池的構(gòu)型，是實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池高能量密度、高安全性和高循環(huán)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。固體電解質(zhì)又稱快離子導(dǎo)體或超離子導(dǎo)體，主要包括無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和聚合物固態(tài)電解質(zhì)兩大類。該類材料在一定的溫度范圍內(nèi)具有高離子電導(dǎo)率和低電子電導(dǎo)率等特點(diǎn)，是電解質(zhì)的理想材料。

雖然固態(tài)電池具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是距離大規(guī)模商業(yè)化的實(shí)現(xiàn)，固態(tài)電池任重道遠(yuǎn)。

固態(tài)電池界面問題

由于全固態(tài)電解質(zhì)與電極的界面接觸為固-固接觸，界面相容性不佳，會形成更高的接觸電阻，嚴(yán)重影響離子的傳輸，進(jìn)而對全固態(tài)鋰電池整體性能產(chǎn)生顯著影響

固態(tài)電解質(zhì)和電極之間由于孔隙、分層、裂紋、體積變化等微觀結(jié)構(gòu)演變造成的接觸不良，都將增加界面阻抗。同時(shí)在充放電時(shí)，界面處會發(fā)生界面反應(yīng)，導(dǎo)致電解質(zhì)分解、缺鋰以及惰性物相生成，從而影響電池性能。

正極材料問題

除了固態(tài)電解質(zhì)的選擇外，正極材料的選擇也是關(guān)鍵問題。

在正極結(jié)構(gòu)中，包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑和固態(tài)電解質(zhì)等在內(nèi)的不同組分之間固-固界面的穩(wěn)定性限制了電池的容量發(fā)揮和循環(huán)壽命，是阻礙電池性能提升的主要瓶頸。

鋰枝晶生長

鋰枝晶是鋰電池在充電過程中鋰離子還原時(shí)形成的樹枝狀金屬鋰，固態(tài)鋰電池研究和設(shè)計(jì)的初衷是使用高機(jī)械強(qiáng)度的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔絕鋰枝晶在電池中生長，然而眾多實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明固態(tài)鋰電池也或多或少存在一些枝晶問題。

結(jié)語

固態(tài)電池在商業(yè)化進(jìn)程中，還有很多問題需要解決，成本過高、技術(shù)復(fù)雜也是影響其商業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵因素。

通過摻雜、優(yōu)化燒結(jié)條件等，合成新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，或?qū)φ龢O材料進(jìn)行包覆處理，優(yōu)化電導(dǎo)率，可開發(fā)高離子電導(dǎo)率的有機(jī)-無機(jī)復(fù)合電解質(zhì)膜，都是優(yōu)化固態(tài)電池的關(guān)鍵所在。

盡管固態(tài)電池發(fā)展仍處于初期階段，我們有理由相信通過眾多科研人員的努力，制約固態(tài)電池發(fā)展的問題終將逐一解決，兼具有高安全和高能量密度的固態(tài)電池將會撥云見霧，這值得期待。

參考資料：

呂志文，張勝寒等.固態(tài)鋰電池失效機(jī)制及其研究進(jìn)展.

胡晨晨，羅巍.固態(tài)鋰電池中金屬鋰負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)界面的關(guān)鍵挑戰(zhàn).

畢志杰，趙寧等.固態(tài)鋰電池界面問題的研究進(jìn)展.

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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