復合型固態電解質研究進展

杜憲軍　彭慧麗　于恒杰　張會斌　王瑛

【摘 要】固態電解質是全固態鋰電池區別于常規鋰電池的關鍵材料，也是解決常規鋰電池安全問題的有效途徑。本文首先介紹硫化物類、氧化物類和聚合物類固態電解質存在的一些問題，然后主要介紹了聚合物-聚合物、聚合物-硫化物、聚合物-氧化物復合型固態電解質的研究進展，并對復合型固態電解質其在鋰離子電池中的應用進行了綜述。

【關鍵詞】復合型;固態電解質;鋰電池

中圖分類號： TM912文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）18-0091-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.044

隨著鋰電池基礎性技術研發水平的逐步提高，復合型固態電解質的作用得到了更高的重視，強化對固態電解質應用情況的關注，并制定復合型固態電解質的優化應用措施，是目前很多鋰電池研究人員重點關注的問題。

1 復合型固態電解質存在的問題

1.1 硫化物復合電解質應用存在的不足

目前，一些硫化物復合電解質的使用存在不足，尤其對于電解質體系的構建特征重視程度不足，在這種情況下，硫化物電解質的技術研究工作無法與其他類型的化學元素應用要求保持一致，難以為Si、Li-P-S的應用提供幫助，也使得Ge等過渡金屬元素的使用無法達到滿意的狀態。一些硫化物復合電解質的使用對于安全性控制的重視不足，尤其對于高溫性能的控制能力較差，導致復合電解質難以將結合安全控制的相關要求，將電導率維持在10-3～10-2S/cm以上，導致硫化物電解質的制備作用難以得到足夠充分的顯現。一些硫化物電解質的使用工作對于電解質的安全性控制需求了解存在不足，尤其對于空氣環境之中，復合電解質的穩定性考察過于寬泛，這就使得硫化物復合電解質在進行成膜設計的過程中，難以在外壓的控制調節方面取得理想的效果。還有一些硫化物復合電解質的應用對于金屬鋰的情況考察研究不足，尤其對于相關氧化物的正極情況缺乏足夠的關注，難以在成膜性控制方面取得理想的進展，也使得硫化物電解質在進行界面穩定性管控方面，無法為復合電解質應用性能的全面優化提供保障。一些針對硫化物電解質的技術應用缺乏成膜性分析，尤其在界面穩定性識別和控制方面存在不足，針對聚合物的研究也沒有充分順應上述需求。

1.2 氧化物復合電解質應用存在的不足

目前，一些氧化物復合電解質應用方案的設計對于自身的結構控制存在不足，石榴石結構以及LLZO，NASICON結構并未得到足夠的重視，導致氧化物復合電解質難以在安全性控制方面取得足夠的進展。LAGP、LATP結構的控制對于氧化物復合電解質的使用狀況重視存在不足，缺乏對Li-Zn-Ge-O氧化物特征的有效分析，在這種情況下，氧化物復合電解質無法充分適應高電壓正極體系的構建需要，難以在離子電導率設置方面取得進展，也使得氧化物復合電解質與電極之間的顆粒接觸性無法得到有效的改良。部分氧化物復合電解質對于自身的機械性能研究和控制存在不足，并沒有從加工的角度，有效地進行氧化物復合電解質的研究，這就使得高性能的復合電解質的制備無法充分實現與氧化物復合電解質自身性能的有效結合。一些氧化物復合電解質對于煅燒技術的掌握水平較低，尤其在進行三維網絡結構的氧化物電解質制備的過程中，缺乏對靜電紡絲技術的有效應用，導致復合電解質膜難以得到有效的構建。部分熱壓技術的應用于氧化物電解質的制備狀況對接存在不足，尤其在進行三維空間結構設置的過程中，難以在電導率的控制之下，對氧化物復合電解質的電化學穩定性具備足夠的掌控能力，無法為復合電解質膜更好地適應氧化物復合電解質的應用需要提供幫助。還有一些氧化物電解質的使用對于電池極化的狀態研究不夠完整，尤其對于三維離子傳輸網絡的構成狀態缺乏必要的研究，導致氧化物電解質復合設計的思路難以得到創新發展，無法為氧化物復合電解質具備更強的使用性能提供幫助。

1.3 聚合物復合電解質應用存在的不足

可以創新性使用共混方法進行聚合物復合電解質的應用方式改良，使聚合物電解質可以在機械強度方面得到優化，并逐步適應雙交聯聚合物電解質制備技術的操作需要。可以嘗試從聚合物電解質合成路線的角度進行電解質狀況的分析，尤其要對聚氨酯和脂肪酸的應用情況進行細化研究，提升聚合物電解質的綜合性制備水平。部分鋰電池技術專業人員對聚合物復合電解質具備一定的重視，但在制定復合電解質的具體研究方案過程中，缺乏對電解質膜制備情況的重視，一些聚合物的使用無法保證與原位合成技術的應用要求相一致，難以在電解質膜的制備及應用過程中，充分實現復合電解質的技術價值。一些電解質膜在進行制備的過程中，溫度控制技術的應用不夠理想，Li3PS4的合成并沒有保證在煅燒技術的有效操作之下得到合理處置，難以為Li3PS4的均勻分布提供有利的技術性支持。一些技術人員對于復合電解質的成分比例研究不夠全面，尤其對于Li3PS4的占比關注不足，導致電導率的控制工作難以足夠完整的適應電化學窗口的創設需要，無法為電池體系的技術改良提供完整的保障。

2 復合型固態電解質在鋰電池中的優化應用策略

2.1 硫化物復合電解質應用優化策略

要充分認識到硫化物復合電解質的技術更新速度較快的特點，使電解質的應用可以不斷地適應新型技術資源的創新需要，為硫化物復合電解質具備更大的應用價值提供幫助。要從金屬元素的角度進行硫化物復合電解質的研究，將Si、Ge等元素進行集中分析，并對鋰電池之中Li-P-S的使用情況進行合理設置，保證固體電解質體系的構建可以在硫化物復合點電解質的支持之下得到優化。要從電解質的安全性需求角度出發，對硫化物電解質進行應用，尤其要將高溫性能的控制作為主體因素加以對待，以此保證電導率的控制工作可以更加成熟的適應硫化物電解質的制備以及應用需要，保證其復合電解質的使用環境可以得到逐步的改進優化。還可以嘗試從高溫性角度出發，對硫化物電解質進行制備方案的分析，使環境因素可以在硫化物電解質制備技術應用的過程中發揮更大的作用，為硫化物電解質具備更強的穩定性提供幫助。要強化對空氣環境中硫化物電解質穩定性狀態的關注，并保證其電導率可以控制在10-3～10-2S/cm以上，使復合電解質的制備條件可以更加成熟。

2.2 提升氧化物復合電解質應用質量的措施

要從氧化物電解質的結構優化設計角度出發，制定改良應用氧化物復合電解質的技術方案。可以將石榴石結構的LLZO，NASICON結構作為基礎性結構模式，并將LLTO和LISICON結構進行創新性應用，為Li-Zn-Ge-O的有效添加提供幫助。要從提升復合電解質安全性的角度出發，對高電壓正極體系進行創新性建設，并使離子電導率的控制工作可以在氧化物復合電解質的應用過程中得到合理處置。要強化對離子電導率的關注，并結合電極的顆粒接觸特征，對氧化物電解質的成膜性予以優化。要強化對氧化物電解質加工工藝的重視，尤其要對其在機械性能方面的優勢進行充分的應用，使復合電解質膜的制備可以更好地適應氧化物復合電解質的應用需要。氧化物電解質的應用還需要加強對煅燒工藝的重視，尤其要使用靜電紡絲工藝，有效的處置氧化物電解質的三維網絡結構設置技術，使靜電紡絲技術的應用可以在氧化物復合電解質膜的制備過程中，充分的實現骨架構造技術的創新，并使氧化物復合電解質的應用可以為復合電解質膜的更好應用提供幫助。要加強對熱壓技術應用情況的重視，尤其要對復合電解質膜的三維空間特性進行優化處置，保證復合電解質膜的制備可以在其骨架得到正確設置的情況下予以處理。氧化物復合電解質膜在制備的過程中，需要保證其電導率在1.8×10-4S·cm-1以上，電化學穩定性在4.5V以上，使復合電解質膜可以得到更高質量的制備處理。要加強對電池極化特征的關注，尤其要對氧化物復合電解質三維離子的傳輸需求予以明確，以便無機快離子導體可以在氧化物電解質的符合思路得到調整的情況下實現優化設置，并使離子傳輸網絡的構建可以更好地滿足新型技術資源的應用要求。

2.3 聚合物復合電解質應用優化策略

聚合物復合電解質的制備可以嘗試使用共混方法，對制備技術的創新工藝予以改進，使雙交聯制備工藝可以在制備方法創新的過程中，充分適應聚合物電解質的制備工藝控制需要，使聚合物電解質在機械強度控制工作可以得到更好的改良優化。可以嘗試創新聚合物電解質的合成路線，并對聚氨酯和脂肪酸在高溫狀態下的化學變化情況進行統計研究，使兩個羧基的單體物質可以得到合理的制備，更好的保證聚環氧丙烯的使用可以得到更大程度的優化。在聚合物成膜工藝建設的過程中，要對壓力因素的作用具備完整的認知，尤其要對鋰元素的穩定性需求具備充足的了解，使聚合物復合電解質的應用能夠在成膜性方面得到優化，并保證成膜的過程具備充足的界面穩定性。聚合物復合電解質的制備可以嘗試以原位合成的方式進行自身的技術創新，并使合成路線可以得到完整的識別。首先使用Li3PS4進行前驅體的設置，并將P2S5以及LiS進行添加，使LiTFSI溶液可以得到正確處置，并完成電解質膜的制備。在這一過程中，溫度需要始終控制在230℃以上，并保證時間可以持續超過4小時，以此保證Li3PS4可以得到正確的合成應用。

3 結論

固態電解質的優化使用可以為復合型鋰電池應用價值的優化提供較為全面的支持。因此，從材料應用的角度對固態電解質的應用策略予以研究，并結合鋰電池應用的實際需要，對固態電解質的優化應用策略予以制定，對提升鋰電池的綜合性技術應用質量，具有十分重要的意義。

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