全固態電池有一個「致命」 缺點:充放電過程中電極會發生體積 ...

觀點|全固態電池有一個「致命」 缺點:充放電過程中電極會發生體積變化,一旦固態電解質和電極界面分離,就無法進行離子的傳遞 ... 歡迎新能源車材料（整車、 ... 人人焦點 影視 健康 歷史 數碼 遊戲 美食 時尚 旅遊 運動 星座 情感 動漫 科學 寵物 家居 文化 教育 故事 觀點|全固態電池有一個「致命」缺點:充放電過程中電極會發生體積變化,一旦固態電解質和電極界面分離,就無法進行離子的傳遞 2021-12-27不止是鋼貨 29歲山東女生單篇論文被引1151次，曾與諾獎得主朱棣文合寫論文，首次提出負極材料「親鋰性」概念|專訪 多加DeepTech深科技8月16日歡迎新能源車材料（整車、前驅體、無取向矽鋼、鋰、鈷、稀土磁材、鎳、鋁箔、銅箔等）產業鏈/協會的朋友添加微信號「gtxsl002」並賜名片來共享相關信息，不滿足條件請勿擾，謝謝！ 29歲，僅一篇論文就已引用1151次，還曾和諾獎得主&前美國能源部部長朱棣文合寫論文，這是山東女孩劉亞媛的「戰績」。

她曾師從崔屹，博士畢業於史丹福大學，目前正在麻省理工學院（MIT）做博後研究。

 她表示，當下全固態電池也備受關注，而它有一個「致命」缺點：充放電過程中電極會發生體積變化，而固態電解質是一個硬結構，因此無法通過很好的形變來貼合電極的體積變化，一旦固態電解質和電極界面分離，就無法進行離子的傳遞，從而影響全固態電池持續高效的運作。

 在該研究中她同樣使用了三維電極，這種電極的比表面積很大，如此就能大大提高電極和固態電解質接觸的面積，從而讓全固態電池能在更高的電流和循環容量的情況下工作。

 並且該技術具備普適性，因此可用於幾乎所有的固態電池、無機氧化物陶瓷類、硫化物類，有機聚合物類固態電解質等。

 基於對於三維金屬鋰負極的研究，劉亞媛親自參與了崔屹課題組和美國能源部的合作項目Battery500Consortium（電池-500）。

該項目於2017年啓動，旨在研發比能500wh/kg的電池。

如果此舉能夠實現，電池比能將在目前基礎上提高2.5倍。

 朱棣文也正和崔屹團隊合作推進金屬鋰負極的研究，後來劉亞媛還以第一作者撰寫了論文《用於穩定鋰金屬負極的超強雙層納米金剛石界面》，並被Joule收錄，其中朱棣文和崔屹擔任共同通訊作者。

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相關焦點 鋰離子在聚合物固態電解質中快速傳遞 進一步通過在複合電解質中構築有序化的界面通道，能夠實現複合聚合物電解質離子電導率的提升。

因此，既然界面在鋰離子的快速傳遞過程中起了關鍵作用，那麼人工設計並構築具有特殊成分、高離子電導率的界面，將是一種全新的提升複合聚合物電解質離子電導率的策略。

高能球磨機新市場:用於固態電池電極及電解質製備!或將成爲工業化必備流程? 與固態電池有關聯的，其市場都是一片紅海，例如新能源、手機、電動車。

高能球磨機要搭上固態電池這列快車，從而迅猛發展嗎？高能球磨機又是怎樣用於製備固態電池的電極和固態電解質，其技術路線又是怎樣的呢？接下來，就全面的了解下高能球磨機與固態電池之間的種種聯繫。

全固態鋰離子電池關鍵材料詳解 其關鍵主要包括製備高室溫電導率和電化學穩定性的固態電解質以及適用於全固態鋰離子電池的高能量電極材料、改善電極/固態電解質界面相容性。

正極材料全固態電池正極一般採用複合電極，除了電極活性物質外還包括固態電解質和導電劑，在電極中起到傳輸離子和電子的作用。

LiCoO2、LiFePO4、LiMn2O4等氧化物正極在全固態電池中應用較爲普遍。

乾貨丨全固態鋰離子電池關鍵材料詳解 全固態鋰離子電池採用固態電解質替代傳統有機液態電解液，有望從根本主解決電池安全性問題，是電動汽車和規模化儲能理想的化學電源。

其關鍵主要包括製備高室溫電導率和電化學穩定性的固態電解質以及適用於全固態鋰離子電池的高能量電極材料、改善電極/固態電解質界面相容性。

基於螺旋二氧化矽納米纖維的高導電性鋰電池准固態電解質 衆所周知，固體電解質有可能機械性地阻止鋰樹枝晶的生長，門羅和紐曼的模型也預測了這一點。

不幸的是，最常研究的固體電解質材料，如聚合物和陶瓷等在室溫下用於實際電池時仍存在一些缺點，包括離子導電性不足和電極-電解質界面電阻過高等。

一些硫化物基質和石榴石型固體電解質具有與液體電解質相當的離子電導率，但是鋰枝晶的生長仍然是一個還需克服的技術難題。

全固態鋰電池介紹及電解質深度解析 以上是三種鋰電池材料體系的比較，三元電池雖以能量密度超越其他電池，但是其採用的是液態電解質，存在較大的安全隱患。

業內對於固態電解質能夠解決鋰電池安全問題保持一致的看法。

固態電池並不是一個新穎的概念，早在2012年蘋果公司就已經對固態電池開始了專利布局。

固態電池是採用固態電極和固態電解質的電池。

固態電池的正極材料與液態電解質電池沒有太大差別，負極材料主要選用鋰金屬、鋰合金或石墨烯等。

黃學傑:未來十年,鋰離子電池和金屬電極的固態電池比翼齊飛 對於磷酸鐵鋰來講，它能夠到一萬次的壽命是因爲它是一種磷酸鹽的材料，它是橄欖石的結構，材料本身上結構非常之穩定，所以電池也很安全。

那麼層狀材料之所以不穩定，是因爲層狀材料在循環的過程中，它的結構會發生變化。

最穩定的結構是什麼？是尖晶石結構，當年日產第一代的電池採用的是錳酸鋰的尖晶石結構，當然很穩定，但是可惜比能量比較低。

把其中的1/4的錳給它換成鎳以後，那麼帶來的效果是什麼呢？ 【普瑞除溼】固態電池怎麼量產 如果採用石墨或LTO等常規LIB負極材料時，則全固態電池也需要採用包含電解質成分的複合負極。

爲了保證快速充電和放電的高功率，這種複合電極（陽極和陰極）必須具備離子和電子導通路徑，這又需要精心設計這種包含活性材料、固體電解質、粘合劑和導電劑的複合電極。

特別是，考慮到固體電解質的密度比液體電解質的密度大，電池質量能量密度受複合電極中固體電解質材料的選擇和含量的影響大[25]。

【分析】固態電池研發及產業化現狀分析,電池人必讀! 全固態鋰電池，是一種使用固體電極材料和固體電解質材料，不含有任何液體的鋰電池，主要包括全固態鋰離子電池和全固態金屬鋰電池，差別在於前者負極不含金屬鋰，後者負極爲金屬鋰。

聚合物電解質潤溼電極能力差,活性材料脫嵌鋰必須通過極片傳輸到電極表面進行,使得電池工作過程中極片內活性物質的容量不能完全發揮，將電解質材料混入電極材料中或者替代粘結劑,製備成複合電極材料,填補電極顆粒間的空隙,模擬電解液潤溼過程,是提高極片中鋰離子遷移能力及電池容量發揮的一個有效方法。

【本刊推薦】全固態鋰電池的固態電解質進展與專利分析 但其力學性能相對較差、易形成結晶，很有可能引起電池斷路或短路[6]。

本文綜述了聚合物、氧化物和硫化物固態電解質的最新研究進展並對固態電解質相關專利的申請情況進行簡要分析。

聚合物基體和鋰鹽共同組成聚合物固態電解質(SPE)，其具有機械加工性能優、高離子電導率、質量輕、低電極/電解質界面阻抗等特點。

全固態電池中正極與固態電解質界面研究 全固態電池因其安全性和高能量密度而備受關注。

過去幾年中，一些全固態鋰離子電池中的離子電導率已經達到了10-3~10-2Sm-1，這說明鋰離子的快速傳輸已經不再是主要的問題。

目前，固態電解質和電極之間的界面依然存在巨大的挑戰。

首先，固體電解質和電極之間較小的有效界面面積是導致電荷轉移的障礙。

無機固態電解質的基礎科學問題 當然，當前的固態電池受界面阻抗影響較大，這一問題還需要深入研究。

固態電池技術可以大大提高電池的能量密度。

特別是當採用雙極板堆疊技術時，可以簡化許多封裝材料，生產高壓單體電池。

此外，固態電池可以使用下一代的高比能電極材料，如Li,Na,Mg等金屬負極，這些金屬負極在液態電解液中會發生劇烈的副反應因而無法在傳統的電池中使用。

固態電解質LAGP與金屬鋰的反應 固態電解質具有較高的機械強度，能夠阻擋金屬鋰枝晶的生長，爲金屬鋰負極的應用帶來了希望。

在衆多的固態電解質中，氧化物電解質憑藉著良好的離子電導率，以及在空氣中良好的穩定性得到了廣泛的關注。

近日，加拿大先進交通和儲能中心的AndreaPaolella（第一作者）和KarimZaghib（通訊作者），以及美國阿貢實驗室的KhalilAmine（通訊作者）等人對金屬鋰與LAGP固態電解質的界面反應進行了研究。

LAGP和LATP儘管具有良好的電子電導率和優異的高電壓穩定性，但是其在與金屬鋰接觸時卻存在界面不穩定的問題，導致界面阻抗的升高和電池的失效。

麻省理工:超讚的固態鋰金屬電池綜述! 圖1 用固態電解質（全固態LIB）和鋰金屬負極（全固態鋰金屬電池）代替傳統LIB中的液體電解液時，能量密度的變化。

體積和重量能量密度分別由Evol和Egrav表示。

（c）受SEI形成，不完善的接觸和界面開裂的影響。

 2、固態電解質：硫化物和氧化物對於固體鋰離子導體的幾種材料類別，包括各種類型的氧化物，硫化物和氮化物，已經實現了固體電解質的一個主要前提，即令人滿意的室溫離子電導率。

其中，氧化物和硫化物是兩類最受矚目的固體電解質。

固態電池究竟爲何物 當然，固態電池並非只是更換電解質那麼簡單，其正、負極材料也會根據化學特性進行重新匹配，從而達到更高的綜合性能表現。

　　需要注意的是，根據液態電解質質量百分比含量，固態電池還分爲了「半固態」、「准固態」、「全固態」三大類。

可以看出，「固態電池」和「全固態電池」之間是包含關係，就好比「鋰電池」和「鋰離子電池」一樣。

固態電池是未來手機電池的最佳選擇? 那麼，假設三星電池改用全固態電池，結果是否會好一些？因爲全固態電池有一個很突出的優點，安全性比液態鋰電池要高許多，不易發生爆炸。

蘋果公司大力研發固態電池，也正是看中了其柔性化的前景。

　　然而一種產品的問世，總需要經過各種考驗，固態電池也不例外。

全固態鋰電池中，電極與固體電解質之間的固-固接觸相比固-液接觸具有更高的界面接觸電阻，同時，界面相容性和穩定性也顯著影響全固態鋰電池的循環性能和倍率性能。

此外，固態電池還面臨生產工藝待提高、成本待下降的發展瓶頸。

聚合物固態電解質有望將高壓LNMO推向大規模商業化應用 常見的嵌入型正極材料的實際放電電壓和比容量以及相應的石墨基全電池的能量密度。

 需要指出的是，LNMO材料的商業化應用受阻主要是因爲缺乏合適的高電壓電解液，高電壓或高溫下界面不穩定導致持續的界面副反應。

2）過渡金屬溶解：電極/電解質的界面副反應伴隨著Mn/Ni離子的溶出，使得材料的結構發生坍塌。

過渡金屬離子還會遷移至負極破壞SEI，造成活性鋰的損失。

3）痕量水帶來的副反應：痕量水與LiPF6反應產生HF,HF會攻擊LNMO,加劇過渡金屬離子的溶出。

化學所文銳課題組EES:全固態鋰硫電池退化機理的原位可視化研究 點擊上方↑ 「新能源前線」 ↑關注我 新型「反鈣鈦礦」或將取代易燃液體電解質用於全固態金屬離子電池 蓋世汽車訊一種新型原子結構排列或將推動固態電池的發展。

目前的鋰離子電池中通常含有液態電解質，與其相比，固態電池使用固體電極和固體電解質，不僅能量密度大，而且安全性能好。

AEM綜述:實驗室級和實際大容量固態鋰金屬電池之間的差距 此外，還提出了適合電池商業化的實用技術。

圖2給出了固態鋰電池規模化過程中存在的差距和有希望的解決策略的概念示意圖。

固態鋰金屬電池的規模化生產對提高電池系統的安全性和能量密度具有重要意義。

用固態電解質（SSEs）取代傳統的有機液態電解質（OLEs），將爲解決日益增長的能源需求開闢了一條新的途徑。