中国粉体网讯 目前固态电池已经被公认为是发展下一代高安全、高比能量的锂（离子）电池的关键技术。而固态电解质是全固态电池的关键核心材料。相比于液态电解质，固态电解具有良好的安全性、优异的灵活性和可加工性，还可使电池具有更高的能量密度、更好的安全性能；此外，固态电解质可实现隔膜与电解液一体化，降低成本。其在很大程度上决定着电池的能量和功率密度、循环稳定性、安全性能和使用寿命等。目前常见的固态电解质可分为聚合物类电解质、氧化物类和硫化物类无机物固态电解质。
聚合物固态电解质
聚合物固态电解质(SPE)由聚合物基体和锂盐构成，具有黏弹性好、机械加工性能优等特点。常用的锂盐有LiPF6，LiTFSI，LiClO4，LiAsF4和LiBF4等，SPE基体包括聚环氧乙烷、聚硅氧烷和脂肪族聚碳酸酯等。
聚合物固态电解质率先实现应用，但存在高成本和低电导率两个致命问题。目前主流的聚合物固态电解质是聚环氧乙烷（PEO）电解质及其衍生材料。2011 年法国 Bollore 公司推出固态电池为动力系统的电动车，聚合物固态电池率先实现商业化。聚合物电解质在室温下导电率低，能量上限不高，升温后离子电导率大幅提高但既消耗能量又增加成本，增大了商业化的难度。
氧化物固态电解质
氧化物固态电解质有晶态和玻璃态两种形态，其中晶态氧化物固态电解质包括钙钛矿型、反钙钛矿型、NASICON型、石榴石(Garnet)型及LiPON型等。
氧化物固态电解质综合性能好，LiPON薄膜型全固态电池已小批量生产，非薄膜型已尝试打开消费电子市场。LLZO型富锂电解质室温离子导电率为10-4S/cm、电化学窗口宽、锂负极兼容性好，被认为是最有吸引力的固态电解质材料之一，制约其发展的重要因素是电解质和电极之间界面阻抗较大，界面反应造成电池容量衰减。
硫化物固态电解质
氧化物固态电解质中O被S取代后即硫化物固态电解质。S的原子半径和极化率大，造成晶格畸变形成较大的离子通道。S与Li+间结合力较弱，体系内可移动载流子数量大，因而硫化物固态电解质表现出较好的离子电导性。但硫化物电解质在空气中极不稳定，易与空气中的 H2O 反应生成 H2S，而降低电解质的使用寿命。
硫化物固态电解质电导率最高，研究难度最高，开发潜力最大，如何保持高稳定性是一大难题。LGPS 电解质的离子电导率高达1.2x10-2 S/cm，可与液态电解质相媲美。虽然硫化物电解质与锂电极的界面稳定性较差，但由于离子电导率极高、电化学稳定窗口较宽（5V以上），受到了众多企业的青睐，尤其是日韩企业投入了大量资金进行研究。
三大固态电解质体系及特点
资料来源：Recent progress of the solid-state electrolytes for high-energy metal-based batteries, Lei Fan
目前氧化物体系进展最快，硫化物体系紧随其后，高能聚合物体系仍处于实验室研究阶段，硫化物和聚合物体系都已取得长足进展。
不同企业选择的电解质技术路线
资料来源：宁德时代、辉能科技、LG 等公司官网，光大证券研究所
另一方面，采用固态电解质后，全固态锂电池内部将出现电极材料与固态电解质的固固界面接触，与液体电解质不同，固固之间无法实现润湿性，由此产生的界面接触电阻会严重影响内部离子传输，使得全固态锂电池内阻增大、电池循环和快速充放电性能变差等。为解决全固态电池内部的界面接触难题，同时充分利用现有液态锂离子电池的生产工艺和设备，降低制造成本，目前固态电池技术路线为优先发展混合固液锂电池，逐步降低液态电解质的含量，最后实现全固态锂电池。
参考资料
光大证券.固态电池：抢占下一代锂电技术制高点——动力电池成本系列报告之三
刘鲁静等.全固态锂离子电池技术进展及现状
郭浩正.固态电池的商业化时代到来了吗？
（中国粉体网编辑整理/黑金）
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