根據(jù)使用材料的不同，固態(tài)電池可劃分為固態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰金屬電池。 固態(tài)鋰離子可沿用傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池材料體系，如三元/磷酸鐵鋰正極，石墨/硅碳負(fù)極。負(fù)極采用金屬鋰的則為固態(tài)鋰金屬電池，金屬鋰由于其高的理論比容量和低的電化學(xué)勢(shì)而被認(rèn)為是鋰電池理想的負(fù)極材料。 傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰電池若采用金屬鋰做負(fù)極，在反復(fù)充放電過(guò)程中金屬鋰會(huì)出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)、粉化等問(wèn)題，導(dǎo)致循環(huán)性變差和產(chǎn)生安全隱患。所以傳統(tǒng)鋰電池采用低容量，不容易讓鋰離子生根發(fā)芽的石墨作為負(fù)極。而固態(tài)電解質(zhì)可很好地扼制枝晶的生長(zhǎng)，故進(jìn)行固態(tài)電池研究時(shí)，均較多地聚焦于金屬鋰負(fù)極。 根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)占電芯材料混合物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分類，電池可細(xì)分為液態(tài)(25%)、半固態(tài)(5% ~10%)、準(zhǔn)固態(tài)(0%~5%)和全固態(tài)(0%)四大類，其中半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)和全固態(tài)3種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。 相比液態(tài)電池，半固態(tài)電池減少液態(tài)電解質(zhì)的用量，增加氧化物和聚合物的復(fù)合電解質(zhì)，其中氧化物主要以隔膜涂覆和正負(fù)極包覆形式添加，聚合物以框架網(wǎng)絡(luò)形式填充，此外負(fù)極從石墨體系升級(jí)到預(yù)鋰化的硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極，正極從高鎳升級(jí)到了高鎳+高電壓、富鋰錳基等正極,隔膜仍保留并涂覆固態(tài)電解質(zhì)涂層，鋰鹽從LiPF6 升級(jí)為L(zhǎng)iTFSI，能量密度可達(dá)350 Wh/ kg 以上。半固態(tài)電池雖然減少了液態(tài)電解質(zhì)的用量，但仍存在易燃的風(fēng)險(xiǎn)。 相比液態(tài)電池，全固態(tài)電池取消原有液態(tài)電解質(zhì)，選用氧化物、硫化物、聚合物等作為固態(tài)電解質(zhì)，以薄膜的形式分割正負(fù)極，從而替代隔膜的作用，其中氧化物目前進(jìn)展較快，硫化物未來(lái)潛力最大，聚合物性能上限較低，負(fù)極從石墨體系升級(jí)到預(yù)鋰化的硅基負(fù)極、鋰金屬負(fù)極，正極從高鎳升級(jí)到了超高鎳、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等正極，能量密度可達(dá)500 Wh/ kg。 根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)的材質(zhì)和特性，固態(tài)電池可以被分為幾個(gè)主要類別，包括硫化物、氧化物和聚合物固態(tài)電池。 硫化物固態(tài)電池使用的是無(wú)機(jī)硫化物材料作為電解質(zhì)，這類材料通常具有較高的鋰離子電導(dǎo)率，接近或超過(guò)傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的水平。 硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其高的離子電導(dǎo)率而備受關(guān)注，例如Li10GeP2S12（LGPS）電解質(zhì)的電導(dǎo)率可以達(dá)到1.2×10^-2 S/cm。然而，硫化物電解質(zhì)對(duì)水汽敏感，容易與水反應(yīng)生成有毒的H2S氣體，且與空氣中的氧氣、水蒸氣發(fā)生不可逆的化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率降低和結(jié)構(gòu)破壞。 因此，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的開(kāi)發(fā)難度較大，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境要求嚴(yán)苛。 氧化物固態(tài)電池使用的是氧化物材料作為電解質(zhì)，這類材料的離子導(dǎo)電率一般較低，但具有良好的機(jī)械性能和化學(xué)穩(wěn)定性。 氧化物電解質(zhì)的代表是石榴石型結(jié)構(gòu)的Li7La3Zr2O12（LLZO），其離子導(dǎo)電率較高，常溫下可達(dá)10^-4 S/cm。氧化物電解質(zhì)的致密形貌使其具有更高的機(jī)械強(qiáng)度，在空氣中穩(wěn)定性好，耐受高電壓。但是，由于其機(jī)械強(qiáng)度高，氧化物電解質(zhì)的形變能力和柔軟性能差，電解質(zhì)片易脆裂，固固界面接觸損耗大，限制了其應(yīng)用。 聚合物固態(tài)電池由聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成，室溫下離子電導(dǎo)率較低，但在加熱至60℃以上時(shí)，離子電導(dǎo)率得到顯著提升。 聚合物電解質(zhì)具有質(zhì)量輕、彈性好、機(jī)械加工性能優(yōu)良的特點(diǎn)，且其工藝與現(xiàn)有鋰電池接近，易于大規(guī)模量產(chǎn)。然而，聚合物電解質(zhì)室溫下離子導(dǎo)電率低，且存在鋰枝晶穿透造成短路的風(fēng)險(xiǎn)，熱穩(wěn)定性有限。 除了上述三種主要類型的固態(tài)電池外，還有結(jié)合型固態(tài)電池，如復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，它是由硫化物/氧化物和聚合物電解質(zhì)復(fù)合得到的電解質(zhì)。這種復(fù)合電解質(zhì)綜合了無(wú)機(jī)和有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，兼具高鋰離子導(dǎo)電率和電化學(xué)穩(wěn)定性。
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新標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)！首次明確“全固態(tài)電池”判定標(biāo)準(zhǔn)
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