全国客服热线：
153-1370-2523
153-1370-2523
在所有固态电池中，机械性能柔软的材料因其能改善制造工艺和界面动力学特性而备受青睐[63], [82], [83], [84]具有非晶化特征的软质黏土状聚阴离子材料有利于固态电池的形成和电化学性能提升。最新报道的镓基固态电解质为解决离子电导率低、界面不稳定性及需要高堆叠工作压力等问题提供了有效方案，该电解质展现出3 mS/cm的离子电导率、类黏土力学特性，并能在工作过程中以低于常规要求的堆叠压力实现稳定的阴极-电解质界面运作。LiCl的离子电导率(10−12S/cm) < LiBr(10−10S/cm) < LiI (10−7S/cm)的数值与2LiCl-GaF的离子序相矛盾3(3.20 mS/cm) > 2LiBr-GaF3(0.84 mS/cm) > 2LiI-GaF3(0.03 mS/cm)。Jung等人[9]据报道，当LiCl和GaF3将适当比例的原料混合并进行高能球磨处理后，所形成的黏土状固态电解质(图2h,i)在2LiCl-GaF组分中可实现3 mS/cm的离子电导率3。该材料兼具高离子电导率与宽电化学窗口(图2j)，其性能与液态有机电解质相当。Patel等[62]进一步揭示了2LiX-GaF3(X = Cl, Br, I)固态电解质的高离子电导率源于Ga(F,X)n聚阴离子通过削弱Li+-X+通过电荷簇集作用实现的相互作用。由镓、氟及不同卤素形成的复杂阴离子可诱导出类黏土态固态电解质，即使在低压条件下仍能保持高离子电导率。-图2g).g).
密排氯化物固态电解质因其高离子电导率（>1 mS/cm）、宽电化学窗口以及与硫化物和氧化物基固态电解质相比的机械稳定性，近年来受到越来越多的关注。直至2023年，卤化物固态电解质的离子电导率始终未能突破10 mS/cm[85]。除卤化物固态化学体系外，新兴的氧卤化物超离子导体LiMOCl4(M=Nb/Ta)材料体系在2023年展现出12.4 mS/cm的卓越离子电导率。混合阴离子策略能实现地球丰产元素的设计与合成，为开发实用型卤化物固态电解质开辟新途径。卤化物固态电解质/阴极界面
固态电解质将液态电解质中的液-固界面替换为固-固界面。钝化SEI层的形成对于实现锂金属电池良好稳定性至关重要。与经过充分研究的LiPON固态电解质类似，原位实验研究证实了锂的还原以及在Li-LiPON界面处Li3N、Li2O和Li3P的自发生成过程[86]由于电子绝缘特性，这种界面可防止LiPON因进一步锂还原而发生持续钝化。固态电解质与正极界面可能因高自发化学反应而劣化，电子导电相可能形成厚界面层，从而进一步增加界面阻抗[87]硫化物会导致自发形成厚界面层并增加界面电阻。采用不同策略（例如应用涂层材料以提升界面稳定性）可作为改善界面稳定性的实用工程策略。
卤化物固态电解质的高电压特性使其能够与插层型过渡金属氧化物正极（如LiCoO2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1）和转化型正极（如硫正极）直接接触。为实现较低的界面电阻，良好的固-固接触界面至关重要。Li等人2研究了堆叠压力对固-固界面及电化学性能的影响。堆叠压力对电化学性能的作用机制表现为：堆叠压力可诱导金属均匀沉积。研究最终指出，基准测试、故障诊断、空间分布优化与压力最小化应作为开发实用化固态电解质的未来研究方向。实际应用场景要求极低的堆叠压力（<0.1兆帕），这使得当前学术研究中采用的高压条件（如380兆帕、20兆帕等）面临重大应用挑战。当前学术研究中施加的压力参数（如380兆帕、20兆帕等）存在显著技术瓶颈，不仅增加了全固态电池实际应用的成本，还引发安全性隐忧。[88] explored the impact of stack pressure’s impact on the solid-solid interfaces and the electrochemical performance. The stack pressure impact on the electrochemical performance: stack pressure can lead to uniform metal deposition. They finally point out that the benchmarking, diagnosis, spatial distribution and minimisation shall be the future direction to develop practical solid state electrolytes. The real application puts a high demand for the low stack pressure (< 0.1 MPa), making the current academic pressure (e.g., 380 MPa, 20 MPa, etc.) quite challenging. The current applied pressure in academic (e.g., 380 MPa, 20 MPa etc.) poses technical challenges, increasing costs and safety concerns for the practical application of all solid-state batteries.
不同转化型正极材料。例如硫（S）、氟化铜（CuF2）、氟化铁（FeF2）、卤化物（LiCl、LiBr）、碘（I2）等，因其储量丰富、成本低廉，且与传统插层型正极相比具有较高的容量和能量密度，正成为固态电池领域新兴的转化型正极材料[89]然而，电化学可逆性差、循环性能不稳定以及氧化还原过程中较大的电压滞后现象，始终阻碍着此类转化型正极材料在全固态电池中的实际应用。卤化物固态电解质因其优异的电化学稳定性、机械约束作用、对活性材料溶解的抑制作用以及宽电化学窗口等特性，成为解决上述问题的潜在候选材料。
固态电解质有望通过替代液态电解质并避免形成复杂中间产物，从而抑制硫与锂的本征溶解特性。2然而，全固态电池中硫基正极的发展受到硫的近乎绝缘特性以及氧化还原过程中硫/锂[68]氧化还原对体积膨胀导致界面接触不良的阻碍。在Tatsumisago的开创性工作中2，卤化物（如LiI）稳定的锂[90], [91], [92]S能够实现活性材料（命名为Li）的超高利用率2S-LiI正极复合材料。高极化卤素元素的引入可改善离子与电子传输；同时卤素离子还能通过催化转化过程加速S与Li2S氧化还原反应。Zhou等2报道了S[2]I分子晶体中I9.3嵌入晶体硫结构的现象，该材料展现出11个数量级的电导率提升（5.92室温下电导率为 mS/cm，熔点仅为 65°C，远低于纯硫的 65°C。Li 等人×10−4据报道，无碳添加剂α-FeSe作为全固态锂离子电池正极材料实现了564.6 mAh g-1的高可逆容量[93]该容量贡献主要来源于Fe−1/Fe2+氧化还原反应及固态电解质Li0部分分解产生的S/S2-PS5.5Cl4.5在高工作温度条件和长期循环过程中被激活。该激活的S/S1.5工艺使得能量密度大幅提升至1874.6 Wh L2-和8310 Wh L−1，分别在30℃和120℃下实现。而Fe−1/Fe2+氧化还原过程与液态电解质体系中的过程大致相同。0 redox process is roughly identical to that in liquid electrolyte systems.
卤化物固态电解质还能驱动转化型正极的不同转化机制。Shao等研究者[94]比较了铁氟化物正极与硫化物固态电解质(LPS，图2k)及卤化物固态电解质(Li3YCl6, 图21). 通过球磨LPS与FeF2可获得FeS与FeF共存的复合材料2在放电过程中，FeS与FeF2均会转化为单质Fe；而在充电过程中，FeS主导的产物会与FeF2发生反应，同时伴随P与S的氧化还原过程。该卤化物固态电解质Li3YCl62.1V和1.9V处的平台归因于锂离子的轻微还原3YCl6以及FeF的还原反应2在初始放电过程中生成Fe和LiF。随后的充电平台出现在2.4V，而3.4V处的更高平台则对应于2从Fe和LiF重新生成的FeF2+以及Fe进一步氧化为FeCl的过程3卤化物固态电解质的引入成功解决了转化型氟化铁正极存在的电化学不可逆性、循环不稳定性及反应动力学迟缓等问题。
将活性材料、固态电解质与导电碳整合为一体化固态正极[79]可有效解决界面接触不良问题。然而目前无论是通过实验还是模拟，人们对此类工艺的认识仍较为有限。一体化固态正极通过结合活性材料与固有的混合离子-电子传导特性，能够提升活性材料利用率、实现更直接有序的锂离子+与电子-传输，并形成本征良好的界面接触。Fu等人[80]首次将锂1.3Fe1.2Cl4作为一种经济高效的一体化阴极材料，该体系通过可逆的Fe/Fe氧化还原反应与快速的Li/e传输机制耦合，实现了725.6 Wh kg的可逆能量密度。%%%%%%2+，并在5 C倍率下循环超过3000次后仍保持90%的容量。3+ redox process and the rapid Li+/e- transport mechanisms resulting in a reversible energy density of 725.6 Wh kg−1, and cycled for more than 3000 cycles at 5 C with 90% capacity retention.
电话：153-1370-2523
美国邱健蓄电池集团总部