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)成為全球共同關心的問題。研究和開發(fā)能夠實現(xiàn)高效能量存儲和轉換的二次電池不僅關系著國家經(jīng)濟發(fā)展和安全戰(zhàn)略，更重要的是與人們的生活息息相關。

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。另外，固態(tài)電池還具有結構緊湊、規(guī)�？烧{(diào)、設計彈性大等特點，既能設計成厚度僅幾微米的薄膜電池，又可以設計成宏觀體型電池，用于驅動電動汽車、電網(wǎng)儲能等領域。

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型，是實現(xiàn)固態(tài)鋰電池高能量密度、高安全性和高循環(huán)穩(wěn)定性的關鍵。固體電解質(zhì)又稱快離子導體或超離子導體，主要包括無機固態(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)具有高離子電導率和低電子電導率等特點，是電解質(zhì)的理想材料。

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

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，嚴重影響離子的傳輸，進而對全固態(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、體積變化等微觀結構演變造成的接觸不良，都將增加界面阻抗。同時在充放電時，界面處會發(fā)生界面反應，導致電解質(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鍵問題。

在正極結構中，包括活性物質(zhì)、導電劑和固態(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形成的樹枝狀金屬鋰，固態(tài)鋰電池研究和設計的初衷是使用高機械強度的無機固態(tài)電解質(zhì)隔絕鋰枝晶在電池中生長，然而眾多實驗結果表明固態(tài)鋰電池也或多或少存在一些枝晶問題。

結語

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

通過摻雜、優(yōu)化燒結條件等，合成新型復合固態(tài)電解質(zhì)，或對正極材料進行包覆處理，優(yōu)化電導率，可開發(fā)高離子電導率的有機-無機復合電解質(zhì)膜，都是優(yōu)化固態(tài)電池的關鍵所在。

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)鋰電池失效機制及其研究進展.

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

畢志杰，趙寧等.固態(tài)鋰電池界面問題的研究進展.

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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