0 引言
类型 | 材料 | 离子电导率 / (S/cm) | 优点 | 缺点 |
---|---|---|---|---|
氧化物 | Li3.3La0.56TiO3、LiTi2(PO4)3、Li14Zn(GeO4)4、Li7La3Zr2O12 | 1×10-5 ~ 1×10-3 | 高化学和电化学稳定性,高机械强度,高电化学窗口 | 在低电势下容易被还原导致锂离子传导率降低,晶界离子传导率小 |
硫化物 | Li2S-P2S5、Li2S-P2S5-MSx | 1×10-7 ~ 1×10-3 | 高导电率,良好的机械强度和机械的灵活性,低晶界阻力 | 氧化稳定性差,对水敏感,与正极材料兼容性差 |
薄膜 | LiPON | 1×10-6 | 与金属锂稳定,与正极材料稳定 | 成本高,难以大规模生产 |
聚合物 | 聚环氧乙烷(polyethylene oxide, PEO)、聚甲基丙烯酸酯(polymethyl methacrylate, PMMA)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride, PVDF) | 1×10-4(65 ~ 78 ℃) | 与金属锂稳定,具有弹性,易操作,容易生产大面积膜,低剪切模量 | 热稳定性有限,电化学窗口低(< 4 V) |
1 无机固态电解质的研究
1.1 钙钛矿(LLTO)结构固态电解质
Fig. 3 (a) Crystal structure of La2/3-xLi3xTiO3[18]; (b) STEM images of different grain boundary types for LLTO[21]; (c) the surface microstructure of LLTO electrolyte when the content of LLZO is 10%[24]; (d) elemental analysis along the CD line in (c)图3 (a)La2/3-xLi3xTiO3(x = 0.11)的三维立体结构[18];(b)LLTO不同晶界类型的扫描透射电镜图[21];(c)LLZO的掺入量为10%时,LLTO电解质的表面微观形貌[24];(d)沿着(c)图中CD线上的元素分析 |
1.2 石榴石(LLZO)结构固态电解质
Fig. 5 Parameters in obtaining the cubic phase of the garnet structure图5 稳定LLZO立方相和提高电导率的方式 |
1.3 NASICON型固态电解质
Table 2 Comparison of various oxide solid-state electrolytes表2 不同氧化物固态电解质的优缺点比较 |
分类 | 优点 | 缺点 |
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钙钛矿类型 | 高氧化电位、高离子电导率 | 在低电势下容易被还原导致锂离子传导率降低,晶界离子传导率小 |
石榴石类型 | 对Li-金属阳极具有高度化学稳定性;电化学窗口宽,可以匹配高电压正极;粉体可以在大气环境下规模化生产 | 氧化稳定性差,对水敏感,与正极材料兼容性差 |
钠超离子导体类型 | 对空气和水稳定 | 成本高,难以大规模生产 |
Fig. 9 (a) Schematics of the preparation of the all-solid-state Li metal battery; (b) rate performance of Li(LiPON5)/LAGP-PEO(LiTFSI)/LiFePO4 cells (cutoff voltage of 2.5-4.5 V, 50oC); (c) charge-discharge curves of cells at different temperatures[57]图9 (a)Li(LiPON)/LAGP-PEO(LiTFSI)/LiFePO4固态锂电池制备机理图;(b)电池倍率性能图(截止电压为2.5 ~ 4.5 V,50℃);(c)电池在不同温度下的充放电曲线图(0.1 C)[57] |