中国粉体网讯 电解质是电池的重要组成部分，在电池的正负极间起着传导离子的作用。传统的有机液态电解质具有较大的泄漏、自燃和爆炸风险，新型的固态电解质无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题，安全性能得到有效提高。但目前的固态电解质也存在机械强度较弱、电导率低、电化学性能不稳定等缺点。近期的一些研究表明，天然黏土矿物可被应用在固态电解质中，用来提高电解质的电导率、电化学稳定性、机械性能和热稳定性。
清陶能源的复合固态电解质膜
在电解质体系中，黏土矿物颗粒通过Lewis酸碱作用促进锂盐的解离，作为交联位点降低聚合物的结晶度，进而增强聚合物分子链段的运动，并且形成有序或无序的无机材料-聚合物界面结构，从而有效提高离子迁移速率，提高离子电导率。
无机矿物填料可以吸附复合电解质中痕量的水及其它杂质，提高电化学稳定性，获得更宽的电化学窗口。除此之外，黏土矿物作为无机支撑填料，大大提升了复合固态电解质的热稳定性和机械强度，展现出黏土矿物应用于固态电解质的巨大潜力。
蒙脱石、蛭石
蒙脱石、蛭石属于2:1型膨胀性层状硅酸盐黏土矿物，得益于该类黏土矿物层间可交换的阳离子、较大的层间域以及层间水或有机分子对层骨架势垒的屏蔽作用，Li+、Na+、Mg2+、Zn2+等多种阳离子均可在层间迁移并具有较强的扩散能力，部分黏土矿物的离子室温电导率甚至可达10–3S/cm，显示出快离子导体特性。
因此，早在上世纪八九十年代蒙脱石等层状黏土矿物的快离子导体特性就吸引了国内外部分研究者的注意，初步开展了基于黏土矿物的固态电解质的研究。近些年，研究人员受珠贝母层状结构启发，将蒙脱石剥离后与DMSO混合、抽滤，组装出了具有层状结构的复合固态膜。
蒙脱石是最为常见的无机矿物填料，也是复合固态电解质制备中最常用的黏土矿物。常通过对蒙脱石进行锂盐无机改性处理、有机改性处理，或通过降低电解质体系的各向异性，使复合固态电解质表现出更高的离子电导率。
埃洛石、高岭石
埃洛石、高岭石等为1:1型非膨胀性层状硅酸盐黏土矿物。由于层间域有限且层间无可交换离子，锂离子很难在层间移动。但是，基于其表面特性及良好的机械性能，该类黏土矿物可用作聚合物凝胶或固态电解质的无机填料。
埃洛石纳米管(HNT)是一种天然的一维材料，是四面体片和八面体片比例为1：1的层状硅酸盐，片层卷曲成中空管状，层间存在水分子，HNT具有低成本、机械强度高、良好生物相容性等特点。HNT管的内层由铝氧八面体组成，内表面有大量的Al-OH基团，外层由硅氧四面体组成。HNT内外表面不同的化学结构使其具有不同的电荷特性，HNT的外层带有负电荷，内层带有正电荷，其特殊的结构使阴离子可以被容纳在带正电荷的内层表面，而锂离子被吸附于带负电荷的外层表面，从而有利于Li+的迁移。
凹凸棒石、海泡石
凹凸棒石、海泡石是非膨胀性纤维状硅酸盐黏土矿物(链/层状结构)，与聚合物复合可显著增强其机械强度及离子电导率。研究人员将天然海泡石经有机涂覆后用作填料与PEO、乙烯纤维素(EC)复合，制成了一种理化性能优异的复合固态电解质。由于该膜机械强度大，可抑制锂枝晶生长，经过多次锂沉积后仍没有明显的锂枝晶生成，电化学稳定窗口达4.5 V(70℃)。
小结
天然黏土矿物具有储量丰富、成本低、种类丰富等优点，利用其制备的复合固态电解质的电导率、电化学稳定性、热稳定性以及机械强度都有显著提升。利用黏土矿物制备复合固态电解质可以一定程度降低电解质材料的生产成本，并获得优良的性能，促进储能器件技术的进步。此外，对于扩大非金属矿的应用场景，提升其附加值也具有重要意义。
参考来源：
齐鹏越等：黏土矿物在固态电解质中的研究进展，北京大学地球与空间科学学院
胡安等：黏土矿物在电池领域的应用研究进展，中国科学院广州能源研究所
刘昊等：矿物在电化学储能领域的应用研究进展，中国地质大学(北京)数理学院
（中国粉体网编辑整理/平安）
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