固態(tài)鋰離子電池核心材料

(1)固體電解質(zhì)

固體電解質(zhì)是固體鋰二次電池的核心部件，其發(fā)展直接影響到固體鋰二次電池的產(chǎn)業(yè)化。目前，固體電解質(zhì)的研究重要集中在三種材料上:聚合物、氧化物和硫化物。

固體聚合物電解質(zhì)(SPE)的聚合物基質(zhì)(如聚酯、聚醚、聚胺等)和鋰(例如,LiClO4LiAsF6,LiPF6,等等),自1973年以來,p.v.萊特堿金屬鹽中復(fù)雜的離子電導(dǎo)率,高分子材料因其質(zhì)量輕,靈活、固態(tài)電化學(xué)性能優(yōu)良的加工特性和吸引了太多的關(guān)注。SPE也是第一個實現(xiàn)實際應(yīng)用的固體電解質(zhì)。

固體氧化物電解質(zhì)按材料結(jié)構(gòu)可分為晶體電解質(zhì)和非晶電解質(zhì)，包括鈣鈦礦型、反鈣鈦礦型、石榴石型、納斯孔型、利斯孔型等。非晶氧化物的研究重點是用于薄膜電池和部分非晶材料的脂類電解質(zhì)。

硫化物固體電解質(zhì)是由氧化物固體電解質(zhì)衍生而來，其中體內(nèi)的氧元素被硫元素所取代。由于硫的電負(fù)性比氧小，所以它對鋰離子的束縛更小，允許更多的鋰離子自由移動。同時，硫元素的半徑大于氧元素的半徑。當(dāng)硫元素取代氧元素時，晶格結(jié)構(gòu)擴展，形成更大的鋰離子通道，電導(dǎo)率提高，室溫下可達(dá)到10-4-10-2s/cm。

(2)陰極材料

固體鋰二次電池正極一般采用復(fù)合電極。除了電極的活性材料外，還包括固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑，可以同時在電極中傳遞離子和電子。對LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4的研究較為普遍，后期有可能開發(fā)出高鎳層氧化物、富鋰錳基、高電壓鎳錳尖晶石陽極。同時，應(yīng)重視無鋰新陰極材料的研究與開發(fā)。

(3)陰極材料

目前，固體鋰二次電池正極材料重要集中在三大類:金屬鋰正極材料、碳基正極材料和氧化物正極材料。這三種材料各有優(yōu)缺點。金屬鋰負(fù)極材料以其容量大、電勢低的優(yōu)點，已成為固體鋰離子電池中最重要的負(fù)極材料之一。