無機固態電解質材料(上) - 材料世界網

近來固態鋰電池吸引許多團隊投入研究，主因在於固態電解質取代有機電解液，解決了鋰電池的安全問題，並可用高能量密度之鋰金屬作負極材料， ... 首頁 文章瀏覽 近來固態鋰電池吸引許多團隊投入研究，主因在於固態電解質取代有機電解液，解決了鋰電池的安全問題，並可用高能量密度之鋰金屬作負極材料，大幅提高電池之能量密度，而鋰電池之加工設計也更有彈性。

此外，固態電解質耐高電壓以及高溫之特性，使得此類電池之應用領域更為廣泛。

本文將從以下大綱，拆成(上)、(下)兩集來介紹多種無機固態電解質之近期發展，並討論工研院材化所近期的固態電解質相關成果。

‧結晶態電解質　1.硫化物固態電解質　2.氧化物固態電解質　　(1)NASICON結構　　(2)GarnetType結構　　(3)PeroskiteType結構‧玻璃態電解質‧玻璃陶瓷電解質‧工研院無機固態電解質研究現況　1.LLZTO　2.LAGP【內文精選】現今商用鋰離子電池皆使用液態電解質與膠態電解質，液態電解質有漏液與爆炸之疑慮，且液態電解質之鋰離子電池其能量密度不高、工作電壓不高且熱穩定性不佳，而全固態鋰電池(LithiumBattery)可解決上述問題。

全固態鋰電池可使用鋰金屬為負極，鋰金屬的容量密度可以達到3,830mAh/g，較鋰碳層化合物高出許多，利用鋰金屬當負極來製造電池，則電池的理論容量可以達到620Wh/kg，是傳統鋰離子二次電池系統的1.5倍以上。

固態鋰電池所使用的無機固態電解質(SolidElectrolyte;SE)種類及其離子導電率分布如圖一，成分以氧化物以及硫化物為大宗，若依物質結構分類可大致分為：結晶態電解質、玻璃態電解質以及玻璃陶瓷電解質。

圖一、固態電解質之種類總覽圖 結晶態電解質常見之結晶態電解質中，似LISICON(LISICON-like)與硫銀鍺礦(Argyrodite)型固態電解質多為硫化物電解質。

然硫化物電解質接觸濕氣將釋出具毒性之硫化氫(H2S)氣體，且具較低之電化學穩定性，故其於鋰離子固態電池之應用受到限制。

2.氧化物固態電解質目前的研究重點在於提高室溫離子電導率及其與電極的界面相容性。

常見方法主要是元素替換和異價元素摻雜於結構中，以提高鋰空缺而改善電導率。

另外，與電極的相容性可與有機高分子材料等軟性物質複合解決部分問題，落實此固態電解質之具體應用。

(3)PeroskiteType結構理想鈣鈦礦結構(ABO3)為立方晶格，空間群為Pmˉ3m。

Li3xLa(2/3)-x□(1/3)-2xTiO3(LLTO,0