固态锂电池十年(2011—2021)回顾与展望
吴敬华1,2,杨菁1,刘高1,王脂胭1,2,张秩华1,俞海龙2,3,姚霞银1,2,黄学杰2,3(1中国科学院宁波材料技术与工程研究所;2中国科学院大学;3中国科学院物理研究所)
摘要:采用固体电解质取代液态有机电解液的固态锂电池,有望使用更高比容量的正、负极材料,从而实现更高比能量的电池体系,同时可彻底解决电池的安全性问题,符合未来二次电池发展的方向,是电动汽车和规模化储能的理想电源。为了实现兼具高比能量、高安全性、长寿命等特性的固态电池,进而推进全固态锂电池的实用化,2011—2021年间各国的科学家做了大量工作,并取得了许多突破性进展。本文以固态锂电池关键材料为出发点,回顾了2011—2021 年以来固态电池的研究进展,包括锂离子固体电解质材料,电极/电解质界面调控,固态电池技术等方面,总结了现在存在的挑战及解决方案,并对该领域未来可能的发展提出了展望。
关键词:固态锂电池;固体电解质;界面
目录介绍
1 氧化物固体电解质进展
1.1 NASICON型结构固体电解质
1.2 石榴石结构固体电解质
1.3 钙钛矿结构固体电解质
2 硫化物固体电解质进展
2.1 Li-P-S 体系
2.2 Li11−xM2−xP1+xS12 (M = Ge, Sn, Si) 体系
2.3 Li6PS5X(X=Cl, Br, I)体系
3 聚合物固体电解质进展
3.1 聚合物固体电解质简介
3.2 复合聚合物固体电解质
3.2.1 共混或交联
3.2.2 加入支撑体
3.2.3 有机-无机复合聚合物固体电解质
4 硼氢化物固体电解质
4.1 硼氢化物固体电解质研究进展
4.2 硼氢化物在固态电池方面的应用
5 卤化物固体电解质
5.1 Ⅲ B族金属卤化物电解质
5.2 Ⅲ A族金属卤化物电解质
5.3 二/四价金属卤化物电解质
6 界面问题机理分析与改性策略
6.1 界面问题产生机理
6.2 界面问题改性策略
7 固态电池技术
7.1 原位固态化
7.2 超薄电解质膜
7.3 正极表面包覆
7.4 高面容量正极
7.5 固态电池产业化进展
8 结论与展望
(1)电解质
(2)表征手段
(3)界面
(4)锂金属负极
(5)全电池结构设计
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