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(gè)實(shí)現(xiàn)實(shí)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(diǎn)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(shí)，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(shí)，晶格結(jié)構(gòu)擴(kuò)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(shí)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(shí)，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(diǎn)。金屬鋰負(fù)極材料以其容量大、電勢低的優(yōu)點(diǎn)，已成為固體鋰離子電池中最重要的負(fù)極材料之一。