全固态锂电池(all-solid-state lithium batteries, ASSLBs)由于其高安全性、高能量密度等优势被认为是极具发展前景的关键储能技术。作为全固态锂电的核心部件,固态电解质的发展受到科研界和工业界的极大关注。
目前的固态电解质主要分为两类,包括以氧化物、硫化物等为代表的的无机固态电解质,和以聚氧化乙烯(PEO)等聚合物为代表的有机固态电解质。
一、基本介绍
全固态锂电池的基本原理和主要结构如图1所示,主要由以金属锂为代表的负极,以LFP(LiFePO4)、NMC(LiNixMnyCo(1-x-y)O2)等材料为代表的的正极,和固态电解质构成。固态电解质对应性能的关键评价指标主要包括离子电导率、锂离子迁移数、机械性能、电化学稳定性和电池测试性能等。
主要的单相材料包括钙钛矿型、石榴石型、NASICON型、LISICON型、硫化物类、和聚合物类。对应的锂离子传输机理主要涉及到空位机理、间隙机理,或自由体积模型等。
二、材料与结构
第一类结合方式所涉及的无机材料主要为惰性的金属氧化物/非金属氧化物和活性的几类单相无机固态电解质材料,其中惰性与活性的判断依据为是否能有效传导锂离子;有机部分则主要是以PEO为代表的聚合物(含有锂盐)。
根据填充材料特征的不同,文章将其总结为0D,1D和2D,分别对应纳米颗粒,纳米线/棒,和二维片状材料。
所得到CSSEs的室温下离子电导率(10-6-10-3 S cm-1)相对单相材料可以提高几倍到一百多倍不等;
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