全固態鋰電池研究進展

＊孔東波

（河南省法恩萊特新能源科技有限公司 河南 454000）

就當今時代的情況來看，世界上各個國家多半都在面臨著能源危機帶來的影響，與此同時，環境污染的問題也越來越嚴重，基于這樣的一種情況，人類活動越來越需要使用相應的環保能源或者是能夠再生的能源。而事實上，在對于太陽能以及風能或者水電的使用當中，這些能夠進行再生的能源，需要進行一定的轉換過程，轉變為二次能源之后，產生電力，才能夠較為廣泛的進行使用。電池具有高效、可調的特點，可以作為儲能單元集成到電網中，填充電網峰值，與此同時，能夠行之有效的加強整個電網的具體運行速度，或者是確保整個移動通信過程當中，具有相當的安全性以及穩定性。與此同時，這種能源的利用，可以被使用在新能源的汽車之中，可以有效的保障人們在日常的生活當中的使用，出行使用的是能夠不斷進行再生的能源。

1.全固態鋰電池的優點

鋰離子電池是化學儲能最具創新性的手段之一，雖然其產生和應用時間不長，但考慮到鋰離子電池的整體壽命較長、其質量要更輕便，同時能夠具有更大的功率的特點，能夠很好的被選擇使用在具體的儲能系統當中去，這種能源已經是目前整個行業當中具有一定強度競爭力的主要技術手段。在進行了驗證之后，研究發現，這種技術能夠為諸多進行生產鋰離子電池的企業進行技術上的幫助，同時由于鋰離子構成的電池，擁有著不錯的裝換效率，同時進行維修護理也十分的便捷，由于技術水平的不斷進步，以及電池管理體系的完善，有效解決了大規模綜合應用問題，開發了一種新技術，通過合理的電力系統頻率范圍和對準，在調壓模式下應用，創造出理想的化學儲能能源，保證新能源的運行質量。所有固態鋰電池都用于正負電解質，它們是由固體材料制成的二次鋰電池，因此稱為全固態二次鋰電池。在二十世紀中葉到現在為止，全固態鋰電池具有了相應的發展以及提升，它能夠比傳統的電池更加便捷的進行研究與開發，同時由于其中有著固體電解質，所以它不僅起到鋰離子導體的作用，而且起到分離器的作用，這意味著全固態鋰電池不需要分離器、電解質或電解質。PVC與鹽電解質的結合大大縮短了電池的設計階段。

同以往的電池進行比較，作為二次電池的鋰離子電池，能夠很好的被大范圍使用在電子以及相關的通信事業之中，同時也能夠很好地幫助電力運行的汽車進行發展，有著十分不錯的未來。然而，傳統鋰離子電池的發展受到可燃性等安全問題的制約，有機電解質的腐蝕性和弱熱穩定性被認為是完全消除的。

全固態鋰電池除了具有溫度范圍寬等優點外，還有以下優點：鋰離子電池含有固體材料，同時有著十分不錯的封裝效率，并且能夠大范圍的使用在進行編程薄膜元件以及柔性元件上面，同時也能夠在醫療器械上的使用，這種電池能夠進行多層次的串聯，可以很好地提高電壓水平。

2.全固態電解質材料

全固態鋰電池，其主要構成的電解質能夠包括下列兩種：有機的聚合物以及無機的固體。其中有機的優點主要是它更加具有安全性能，可制成多種形式，蒸汽軋制法還可以簡化生產工藝，制備更容易；電極溫度范圍窄，電極與電解液的界面不夠穩定，力學性能得不到保持，與此同時，聚合物當中的固體電解質極容易產生結晶的現象，這種現象主要是由于整個界面的化學反應以及部分位置產生溫度變化的影響，整個電解質產生改變，從而使得界面的電阻增大，最終出現斷開問題。對于無極的固體電解質，其擁有著容易蒸發、機械強度高、不泄漏、不易燃、耐溫性好等優點。值得注意的是，這種擁有著無機固體電解質性能的電池，主要是在相應的無機材料當中進行收集從而制作的，具有明顯的循環性能和儲存時間優勢，這是各類微電子電池的首選電源。

3.全固態鋰電池研究進展

（1）薄膜全固態鋰電池研究進展。結合現有的經驗和大量的文獻，我們可以看到鋰薄膜元件只是以薄膜的形式制造在電子基板上，然后用單個電池進行封裝。由于鋰在薄膜上的制備，最重要和技術上需要的元素是制造單片薄膜的過程，它包括電解質、集電器和負極。鋰電池通常采用負電極，采用真空氣相沉積技術，對于電解質和正電子，必須使用氧化物，其次是化學沉積和靜電霧化，使用rf磁控濺射和rf濺射分別制備薄膜。現在，制備全固體膜的離子電池的技術已經相當發達。但這種蓄電池的能量有限，應用也有限。現在主要用于智能電源卡、室內醫療機器、傳感器等領域。

（2）大容量聚合物全固態鋰電池研究進展。聚合物電解質材料因其易成膜、性能穩定、重量輕等優點而備受關注。例如，石墨用作負極，聚酯材料為固體電解質；無機材料被包裝在活性材料的表面上，以防止正極材料與固體電解質的表面形成連接。固態鋰電池是由鈦鋰、硅負極、聚氧乙烯和磷酸鐵鋰組成，全固態鋰電池以電子紙的形式被設計成柔性電路和太陽能電池板。

（3）大容量無機全固態鋰電池研究進展。在無機、全固態鋰電池的初期設計階段，將重點放在電池的能量消耗和電力的提高上。主要是因為固體元素本身需要無機固體材料，提高電池的能量和容量有助于提高電池的安全性。隨著研究的深入，固體電池的開發轉向了固體電池的使用。豐田汽車開發的固體電解液的正負特性中含有石墨、硫、鎳、鎳等化合物。電解質和鈷鋰電池中，充電后的平均充電電壓為16.40V，電池輸出電壓約為16.26V。需要注意的是，固體電極表面與電解液之間的相互作用可能隨正極材料的變化而變化。

（4）正極/固體電解質界面研究進展。氧化陰極材料通常是高熱量導體的混合物，固態電解硫化物是唯一的鋰離子導體。當氧化陽極材料接觸硫化物固體電解質時，當鋰離子之間的化學活性不明顯匹配時，鋰離子從硫化物的固體電解液轉移到氧化物正極材料，電極和電解液同時形成宇宙電荷。如果需要進行對于硫化氫電解方向的平衡鋰離子時，沿著直線持續移動，形成宇宙電荷。它最終被用于電解質方面的損失，導致非常明顯的相間電阻。空間中高電阻電荷層的形成大大降低了界面鋰離子的遷移動力學。

此外，當填充鋰電池的電極體積時，它們的相互傳播和變化有效地抑制了固體電解質中的空間電荷，降低了邊界電阻，提高了固體中的高放電頻率。在固體鋰電池中，復合電極通常由活性材料、固體電解質、導電材料構成。

（5）固體電解質的晶界研究進展。有機固體電解質分為結晶電解質和非晶電解質，它由有機固體電解質構成。無機固體電解液由鋁2O3-Li等水培和絕緣體組成，無機固體電解液主要由氧化玻璃制成，硫化物和電解質的組成影響電解質的導電性。一般來說，邊界電阻決定了電解液的總導電性、邊界電阻和增強性。結果表明，該材料具有高密度、高導電性，降低了電解液的總導電性，減少了顆粒數量。提高固體電解液顆粒密度是提高電解液內阻、提高電導率的重要途徑。結果表明，復合電解質中的氧化物含量對材料的活性無影響。尺寸和范圍不影響所有這些材料的導電性。然而，制備可能會影響材料的活性和導電性。有機固體中的電解質層與室溫下的強同位素之間的反應一般，離子降低了電解質的電阻，加工后增加導電性。

4.全固態鋰電池目前存在的問題

目前，國內外的主要問題是無法進行較大產量的材料準備，目前來看技術問題是無法解決的。我們所能做的就是利用先進技術降低研究和系統成本，不斷改進和優化綜合技術，發展新技術，研究化學和能源電解質和電極的強化和反應。就目前來看，主要有下列幾點問題：

（1）無機電池、全固態鋰元素的科學設計與設計；

（2）電解液或陽極界面的控制與優化是主要問題；

（3）制備了無機鋰固體電解質材料。

比如，無機和全固態鋰電池的設計和設計需要從結構性能的角度考慮，這些電池比液態鋰離子電池簡單，但需要獨立設計和優化，最終，滿足鋰電池的制備要求。為了提高整個電池的能耗，必須考慮其高功率。但雖然有一些常用的制備技術，如無機、全固態大容量鋰電池，但該技術不僅是制備電池的好方法，而且是提高電池效率的好方法，還有鈉、硫、氧化物燃料電池等技術，從安全性評價和新界面等方面，對各單元在工作溫度下的熱膨脹系數、電解液與電解液燒結過程的相互作用以及存在的問題進行了探討。

5.結束語

綜上所述，目前對于全固態鋰電池的研究歷程是較為平緩的，其主要的使用范圍也有了一定程度的增加，隨著技術的進步，對于這種鋰電池的具體技術研究成果也在不斷的加深。雖然所有的固態鋰電池性能都比較安全，周期長，但有望應用于儲能領域，但是由于電解質以及相應的電極界面，具有一定的相容性質以及平穩的性質，因此這兩種性質的存在將對于全固態鋰電池的研究進度產生嚴重拖延。所以，在對于全固態鋰電的具體使用過程當中，應該進行標準化邊界電阻設計，并且在其中添加進去一定量的導電層，以期能夠較少或者抹除其由于電荷空間層產生的種種不利影響，有效的避免邊界層的生產，降低結阻抗是未來全固態鋰電池的常見問題。