全固態(tài)電池的技術優(yōu)勢
傳統(tǒng)的鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜、電解液、結構殼體等部分組成，而全固態(tài)電池顧名思義就是電池里面沒有氣體、液體，所有的材料都以固態(tài)形式存在，用固體電解質來替代現(xiàn)有鋰離子電池中使用的液體成分。這樣一來不僅提升了電池的能量密度，還大大降低了鋰枝晶所帶來的危險。
但是現(xiàn)有的固態(tài)電池并不是完美的。雖然采用了固態(tài)電解質來替代液態(tài)電解質，避免鋰枝晶刺穿隔膜，導致漏液，引發(fā)爆炸；但由于電解質由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，這也導致了固態(tài)電解質中離子的電導率相對于液態(tài)電解質較低。
作為電動汽車的“心臟”，如何既保證安全又提升電池性能成了固態(tài)電池亟待解決的問題。
正極界面改性
電極與電解質界面的化學穩(wěn)定性影響著全固態(tài)電池的結構穩(wěn)定性、電化學性能和使用壽命。
針對正極/LLZO電解質界面存在的問題，改性的方法有：正極復合、界面處理工藝優(yōu)化、界面層引入以及電解質復合等。
復合正極
區(qū)別于傳統(tǒng)鋰離子電池正極，在全固態(tài)電池的正極組成中引入高電導率的石榴石型固體電解質粉、Li3BO3等形成復合正極，在提升電極電導率的同時能夠改善正極與石榴石型固體電解質片之間的界面相容性、降低界面阻抗。
(a)復合陰極/LLZTO 電解質界面的 SEM 照片;
(b)LLZTO電解質表面的SEM照片;
在(c)二次電子和(d)背散射電子下的復合陰極的 SEM 照片。
界面處理工藝優(yōu)化
由于正極與石榴石型電解質固-固接觸面積小，濕潤性差在界面處易形成氣孔、裂紋等缺陷導致高的界面阻抗。通過界面處理工藝，如：電解質片上原位生長電極層、脈沖激光沉積、溶膠-凝膠法、共燒結等方法能有效改善正極與石榴石型電解質界面結構，降低界面阻抗。
優(yōu)化界面的處理工藝中，脈沖激光沉積能夠精確控制沉積的厚度，強化界面接觸效果，有效降低界面阻抗，優(yōu)化電池性能，但成本較高，且不適于大規(guī)模生產(chǎn)應用。共燒結、原位生長電極層等難以控制界面層的組成、結構和形貌，為獲得接觸良好、結構穩(wěn)定的低阻抗界面，簡單、低成本、易操控的界面處理工藝有待進一步開發(fā)。
正極-固態(tài)電解質界面改性示意圖
界面層的引入
在正極和電解質界面之間引入過渡層，形成兩個新的界面，能夠較好地改善原有正極/電解質的界面相容性，抑制界面高阻相的生成，提高界面的結構穩(wěn)定性，降低界面電阻。
電解質復合
在固體電解質中引入用于傳統(tǒng)鋰離子電池體系中的少量液態(tài)電解液，形成固-液混合型的電解質，在改善固體電解質/電極界面相容性的同時，也可以有效降低界面阻抗，改善全固態(tài)電池的電化學性能。
復合電解質在改善與正極材料界面濕潤性、降低界面阻抗的同時，具備良好的柔韌性和機械加工性能。目前，采用復合電解質組裝的全固態(tài)電池，在使用過程中為避免復合電解質產(chǎn)生結構退化，多數(shù)情況下對電池的使用溫度和電壓有一定的要求，限制了全固態(tài)電池性能的發(fā)揮，因而，電化學循環(huán)過程中復合電解質結構的穩(wěn)定性還需要進一步改善。
結語
全固態(tài)電池是后鋰電時代的必經(jīng)之路，正極材料固-固界面穩(wěn)定性不佳是造成全固態(tài)電池室溫性能不佳的主要原因。目前，對于該固-固界面的優(yōu)化已取得顯著成果，但距離固態(tài)電池像液態(tài)電池一樣大規(guī)模商業(yè)化還有很長的路要走，現(xiàn)如今多種電解質形態(tài)也都有著各種各樣的優(yōu)點與缺點，因此如何將固態(tài)電解的優(yōu)點進行整合或者開發(fā)復合電解質，優(yōu)化固-固界面性質是當前的主要任務之一。
2021年1月19日，由中國粉體網(wǎng)、中國顆粒學會能源顆粒材料專委會主辦，長沙礦冶研究院先進材料研究所協(xié)辦的第二屆高比能固態(tài)電池關鍵材料技術大會將在長沙吉美國際會展酒店隆重舉行，屆時我們將邀請行業(yè)的專家學者與各位參會嘉賓分享研究成果，歡迎各位專家學者積極參會。
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參考資料：
李棟，雷超等. 全固態(tài)鋰離子電池正極與石榴石型固體電解質界面的研究進展.
畢志杰，趙寧等.固態(tài)鋰電池電池界面問題研究進展.
李煜宇, 李真. 全固態(tài)鋰離子電池正極界面的研究進展.
