Science | 固态电解质中的锂离子传输机制

主要观点总结

文章介绍了固态电解质在电池中的应用及其优势。固态电解质采用固态电解质替代传统的液态电解质，提升了电池的安全性能，并实现了更紧凑的结构设计。文章主要讨论了锂金属卤化物作为固态电解质的特性，包括其离子传输机制、结构特点以及存在的问题。此外，文章还分析了氧化物基固态电解质、硫化物固态电解质以及锂金属卤化物固态电解质在商业化进程中的优势和挑战。

关键观点总结

关键观点1: 固态电解质的优势

采用固态电解质替代传统的液态电解质，不仅能显著提升电池的安全性能，还可实现更紧凑的结构设计，有望突破现有锂离子电池的能量密度限制。

关键观点2: 锂金属卤化物固态电解质的特点

锂金属卤化物固态电解质具有高离子电导率、良好的加工性和化学稳定性。但其电化学窗口窄、机械性能差、环境稳定性差、界面稳定性问题以及原材料成本高等问题限制了其实际应用。

关键观点3: 氧化物基固态电解质的挑战

氧化物基固态电解质的离子电导率低，需要高温烧结才能获得高密度材料，加工难度大，与电极的界面接触问题突出。这些挑战制约了其商业化进程。

关键观点4: 硫化物固态电解质的优势与挑战

硫化物固态电解质具有高离子电导率、良好的加工性和与正极材料良好的界面接触。但其对空气/水敏感，需要严格的生产环境，与金属锂界面稳定性需要改善。

文章预览

传统锂离子电池通过液态电解质实现锂离子在正负极之间的往返运动 （微米到毫米的大距离范围内） ，从而完成能量的储存与释放过程。然而，液态电解质具有易燃性，在极端条件下可能引发安全隐患。液态电解质所需的密封结构 也 限制了电池的整体能量密度。 固态电池采用固态电解质替代传统的液态电解质，不仅能显著提升电池的安全性能 （过度挤压、穿刺等极端情况下仍可能短路，内部材料过热可能导致分解反应） ，还可以实现更紧凑的结构设计 ， 更 有望突破现有锂离子电池的能量密度限制。 然而，与液体相比，大多数固体中的离子传输较为缓慢。金属硫化物和氧化物是 较 快的固态离子导体，但那些表现出高锂离子导电性的化合物在与 正 极或 负 极物理接触时容易发生分解反应。此外，许多金属氧化物和硫化物不具备适当的机械性 ………………………………