文章從車用電池的實際需求出發(fā)，分析指出新型固態(tài)電池因具有高安全、高能量密度和低成本等顯著優(yōu)良特性，成為業(yè)界公認(rèn)的有望用于下一代電動汽車的主流技術(shù)體系，實現(xiàn)超高安全性和長續(xù)駛里程。

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文章從技術(shù)角度重點分析了固態(tài)電池的核心部件——固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，分別從固態(tài)電解質(zhì)的組成、基本特性、技術(shù)現(xiàn)狀、存在問題和改性策略等方面進(jìn)行具體論述，總結(jié)了不同類型電解質(zhì)在固態(tài)電池的應(yīng)用潛力，并從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用角度對固態(tài)電池的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向進(jìn)行展望。

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0 引言

目前，大力發(fā)展新能源汽車已成為各國實現(xiàn)節(jié)能減排、應(yīng)對氣候變化的共識，很多國家更是將發(fā)展新能源汽車上升到國家戰(zhàn)略高度。美國、歐洲、日本等國的各大汽車集團(tuán)均推出各自的發(fā)展計劃，如大眾提出「2025 戰(zhàn)略」，預(yù)計到 2025 年推出超過 30 款的電動車，銷量力爭達(dá)到 300 萬輛。尤其是 2016 年以來，主要汽車強(qiáng)國更是紛紛加大新能源汽車產(chǎn)業(yè)的支持力度：

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德國政府和工業(yè)界提供了共計 12 億歐元的補(bǔ)貼資金，并實施特色購置補(bǔ)貼策略；

美國政府提供了 45 億美元的貸款擔(dān)保，大力推動電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并投資開發(fā)車載高能量密度電池。

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在此背景下，截止 2016 年全球新能源汽車?yán)塾嬩N售突破 200 萬量，其中中國占比 50% 以上，為節(jié)能減排和全球氣候變化作出實質(zhì)性貢獻(xiàn)。

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然而，目前電動汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用仍受制于續(xù)駛里程、安全性、成本等多項制約，例如針對車輛的續(xù)駛里程，若單純增加電池數(shù)量，會造成整車增重，進(jìn)而造成百公里電耗的明顯增加，隨之而來的是全生命周期的碳排放提高，整車售價也會水漲船高，因此根本解決策略仍需大幅提升電池的各方面性能。以美國特斯拉推出的 Modle S 電動汽車為例，為了解決「里程焦慮」問題，采用了近 7000個 3.1 Ah 的 18650 型鋰離子電池，使其續(xù)航里程達(dá)到 400 km 以上，但是其電池重量達(dá)到 500 kg，汽車的售價高達(dá) 7.9 萬美元，一定程度上抑制了其在市場中推廣。

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我國以純電驅(qū)動作為技術(shù)路線，車輛所用電池的電量需求更高，對電池的能量密度和安全性提出了更為嚴(yán)苛的要求，因此迫切需要發(fā)展高比能、高安全性的動力電池，同時兼顧功率特性、循環(huán)壽命和成本等其他性能。

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每一次電池性能的顯著提升，本質(zhì)上都是電池材料體系的重大變革。從第一代的鎳氫電池和錳酸鋰電池，第二代的磷酸鐵鋰電池，到目前廣為采用且預(yù)計持續(xù)到 2020 年左右的第三代三元電池，其能量密度和成本分別呈現(xiàn)出階梯式上升和下降的明顯趨勢。因此，下一代車用電池選用何種電池體系，對于實現(xiàn) 2020 ~ 2025 年的電池目標(biāo)至關(guān)重要。

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在目前各種新型電池體系中，固態(tài)電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當(dāng)前有機(jī)電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系（如鋰硫體系、金屬-空氣體系等）具有廣泛適配性則可進(jìn)一步提升其質(zhì)量能量密度，有望成為下一代動力電池的終極解決方案，引起日本、美國、德國等眾多研究機(jī)構(gòu)、初創(chuàng)公司和部分車企的廣泛關(guān)注。

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1 固態(tài)電池概述

傳統(tǒng)鋰離子電池采用有機(jī)液體電解液，在過度充電、內(nèi)部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴(yán)重的安全隱患。20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的基于固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池，由于采用固體電解質(zhì)，不含易燃、易揮發(fā)組分，徹底消除電池因漏液引發(fā)的電池冒煙、起火等安全隱患，被稱為最安全電池體系。

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對于能量密度，中、美、日三國政府希望在 2020 年開發(fā)出 400～500 Wh/kg 的原型器件，2025～2030 年實現(xiàn)量產(chǎn)。要實現(xiàn)這一目標(biāo)，目前公認(rèn)的最有可能的即為金屬鋰負(fù)極的使用，金屬鋰在傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池中存在枝晶、粉化、SEI（固態(tài)電解質(zhì)界面膜）不穩(wěn)定、表面副反應(yīng)多等諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，而固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰的兼容性使得使用鋰作負(fù)極成為可能，從而顯著實現(xiàn)能量密度的提升。

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表 1 ?不同類型鋰基電池的特性比較

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表 1 對比了傳統(tǒng)鋰電池和全固態(tài)鋰電池，從中可了解固態(tài)鋰電池的基本特性。進(jìn)一步，如表 2 所示，針對車用電池應(yīng)用的期望要求，基于自身特性，固態(tài)電池體系逐一給出可能的解決思路。

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表 2 ?電池應(yīng)用要求與固態(tài)電池體系解決思路

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2 固態(tài)電池核心部件——固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展

對于固態(tài)電池，固態(tài)電解質(zhì)是其區(qū)別于其他電池體系的核心組成部分，理想的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)具備：

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工作溫度區(qū)間（特別是常溫）保持高的鋰離子電導(dǎo)率；

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可忽略或者不存在晶界阻抗；

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與電極材料的熱膨脹系數(shù)匹配；

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在電池充放電過程中，對正負(fù)極電極材料保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是金屬鋰或鋰合金負(fù)極；

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電化學(xué)寬口寬，分解電壓高（> 5.5V vs. Li/Li+）；

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不易吸濕，價格低廉，制備工藝簡單；

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環(huán)境友好。

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以下將從目前重點研究的不同類型固態(tài)電解質(zhì)的組成、基本特性、技術(shù)現(xiàn)狀、存在問題和改性策略等方面進(jìn)行具體論述。

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2.1 聚合物固態(tài)電解質(zhì)

聚合物固態(tài)電解質(zhì)是由有機(jī)聚合物和鋰鹽構(gòu)成的一類鋰離子導(dǎo)體，具有質(zhì)量輕、易成膜、粘彈性好等特性。應(yīng)用在鋰離子電池中，可獲得在寬工作溫度范圍內(nèi)的高比能量、大功率、長循環(huán)壽命的電池，并且可將電池制備成各種形狀，充分利用電化學(xué)器件的有效空間。聚合物鋰離子電池在組裝、使用和運(yùn)輸?shù)倪^程中，可以承受擠壓、碰撞和電池內(nèi)部的溫度和外形變化。

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此外，聚合物電解質(zhì)除了自身傳輸鋰離子的功能，還能充當(dāng)隔膜，隔離正負(fù)電極，在電池充放電過程中補(bǔ)償電極材料的體積變化，保持電極和電解質(zhì)的緊密接觸。聚合物電解質(zhì)還可在一定程度上抑制鋰枝晶的生長，降低電解質(zhì)和電極材料之間的反應(yīng)活性，提高電池的安全性。聚合物電解質(zhì)還有利于電池進(jìn)行卷對卷地大規(guī)模生產(chǎn)，從而有望降低生產(chǎn)成本 [1]。目前商業(yè)化的聚合物鋰離子電池已逐漸應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、移動充電電源等電子設(shè)備領(lǐng)域。

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固態(tài)聚合物電池可近似看作是將鹽直接溶于聚合物中形成的固態(tài)溶液體系，其主要性能由聚合物、鋰鹽和各種添加劑共同決定。對于鋰鹽的選擇實際上就是對陰離子的選擇，在非質(zhì)子、低介電常數(shù)的聚合物溶劑中，陰離子的電荷密度和堿性等性質(zhì)對聚合物電解質(zhì)的形成起到重要作用。

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聚合物電解質(zhì)的形成能力取決于對陽離子的溶劑化作用能和鹽晶格能的相對大小，晶格能越大，與聚合物形成聚合物電解質(zhì)的能力就越弱。鋰鹽晶格能的上限一般認(rèn)為是 850J/mol，不同的鋰鹽，晶格能大小不同，常見鋰鹽晶格能排序[2]：F－＞Cl－＞Br－＞I－＞SCN－＞ClO4－～CF3SO3－＞BF4－～6AsF6－。除了晶格能和陰離子的電荷密度分布以外，鋰鹽的解離常數(shù)也會產(chǎn)生一定的影響。

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PEO 是一種典型的高分子電解質(zhì)，它由－CH2CH2O－和－CH2CH2CH2O－單元構(gòu)成，醚氧原子在 PEO 的最佳分布使得它可與多種鋰鹽形成復(fù)合物，PEO 基聚合物電解質(zhì)因而也得到了廣泛的研究和應(yīng)用 [3]。對于無機(jī)添加物，具有化學(xué)惰性的、高比表面的無機(jī)填料可以改善聚合物電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性，抑制電極界面上鈍化層的形成，提供電解質(zhì)的電導(dǎo)率和陽離子遷移數(shù)等，常用的無機(jī)添加劑有 SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、LiTaO3、Li3N、LiAlO2 等。

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目前聚合物電解質(zhì)相比液體電解質(zhì)在安全性上有明顯提升，但是仍需進(jìn)一步提高電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率，維持聚合物的力學(xué)穩(wěn)定性以及化學(xué)穩(wěn)定性。

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2.2 無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)

無機(jī)固體電解質(zhì)發(fā)揮自己單一離子傳導(dǎo)和高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，用于全固態(tài)鋰離子電池中，具有熱穩(wěn)定性高、不易燃燒爆炸、環(huán)境友好、循環(huán)穩(wěn)定性高、抗沖擊能力強(qiáng)等優(yōu)勢，得到了廣泛的關(guān)注，同時有望應(yīng)用在鋰硫電池、鋰空氣電池等新型鋰離子電池上，是未來電解質(zhì)發(fā)展的主要方向。

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按照物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)可以分為晶態(tài)和非晶態(tài)（玻璃態(tài)）兩大類，每一類按照元素組成的不同又可分為氧化物和硫化物。

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2.2.1 非晶態(tài)（玻璃態(tài)）無機(jī)電解質(zhì)

玻璃態(tài)無機(jī)固體電解質(zhì)具有組份變化寬，離子傳導(dǎo)各向同性，界面阻抗相對較低，易于加工成膜，在全固態(tài)電池中具有很好的應(yīng)用前景。按照組成可分為氧化物體系玻璃電解質(zhì)和硫化物體系玻璃電解質(zhì)，其中氧化物玻璃電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定好，但是離子電導(dǎo)率比較低，硫化物玻璃電解質(zhì)雖然具有較高的離子電導(dǎo)率，但是電化學(xué)穩(wěn)定性差，制備困難。

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氧化物玻璃體系電解質(zhì)是由網(wǎng)絡(luò)形成氧化物（如 SiO2、B2O3、P2O5 等）和網(wǎng)絡(luò)改性物（如 Li2O）組成，網(wǎng)絡(luò)形成氧化物通過共價鍵相互連接形成玻璃網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)改性氧化物打破網(wǎng)絡(luò)中的氧橋，使鋰離子在其網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行遷移。提高氧化物玻璃體系電解質(zhì)電導(dǎo)率可通過多種途徑實現(xiàn)：

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首先，可適量增加網(wǎng)絡(luò)改性物的含量。對于通過適量增加 Li2O 的含量會導(dǎo)致氧化物玻璃電解質(zhì)電導(dǎo)率的提高，而 Li2O 的含量增加到一定程度，則會導(dǎo)致非氧橋原子數(shù)的增加，非氧橋原子可以捕獲鋰離子，從而降低氧化物玻璃電導(dǎo)率 [4]，可使用混合網(wǎng)絡(luò)形成氧化物。采用二元或二元以上的網(wǎng)絡(luò)形成氧化物，會產(chǎn)生混合網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)，增加網(wǎng)絡(luò)中的缺陷結(jié)構(gòu)，改善鋰離子傳導(dǎo)通道中的傳輸瓶頸，提升鋰離子傳導(dǎo)。如 Li2O－P2O5－B2O3 三元體系玻璃，當(dāng)鋰離子濃度為 5 mol% 時，電導(dǎo)率為 9 × 10^(-5) S/cm。

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此外，還可進(jìn)行氮摻雜。在 Li2O－P2O5 體系中引入氮元素后，可以形成 LiPON 玻璃，在提高材料電導(dǎo)率的同時，還增加玻璃的硬度、熱穩(wěn)定性以及抗水和鹽溶液的腐蝕能力。

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在硫化物玻璃體系電解質(zhì)中，由于硫的原子半徑比氧離子大，可以增大鋰離子傳輸通道，同時由于非橋接 S2－比非橋接 O2－的活性高，使得硫化物玻璃電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率比氧化物體系要高，室溫下電導(dǎo)率約為 10^(-3)～10^(-4) S/cm [5]。對于硫化物玻璃電解質(zhì)，Li2S－SiS2、Li2S－P2O5、Li2S－B2O3 等體系都是研究比較多的體系，其中 Li2S－SiS2 的電導(dǎo)率最高，且 SiS2 的蒸汽壓低，較為優(yōu)化的體系，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，摻入鹵化鋰（LiI、LiCl、LiBr 等），可以顯著提高其室溫離子電導(dǎo)率，如 LiS－SiS2－P2S5－LiI 體系玻璃在大氣壓下和液氮中制備，所得到的室溫電導(dǎo)率達(dá) 2×10^(-3) S/cm [5]。

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雖然硫化物玻璃電解質(zhì)的電導(dǎo)率高，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但是在制備過程中使用 Li2S 組份，造價高昂且需惰性氣氛保護(hù)，設(shè)備要求較高;同時，該類電解質(zhì)高溫下容易分解，對鋰可能不穩(wěn)定，造成了其合成難度較大，成本高，限制了大規(guī)模的應(yīng)用。

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2.2.2 玻璃陶瓷無機(jī)電解質(zhì)

玻璃陶瓷即玻璃微晶，是在玻璃材料中加入成核劑后經(jīng)過高溫處理制備而成的，它和陶瓷材料及玻璃材料都不相同。玻璃陶瓷中，晶相從玻璃網(wǎng)絡(luò)中析出，導(dǎo)致電導(dǎo)率顯著提高。玻璃陶瓷不僅具備陶瓷材料的化學(xué)穩(wěn)定性的特點，而且繼承了玻璃態(tài)固體電解質(zhì)離子電導(dǎo)率高、界面阻抗小、致密度高的特點。

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在氧化物玻璃陶瓷電解質(zhì)中，研究比較多的是具有鈉離子快離子導(dǎo)體 NASICON 結(jié)構(gòu)鋰離子導(dǎo)體。LiTi2(PO4)3 和 LiGe2(PO4)3 都是具有 NASCICON 結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，通過低價元素（如Al、Ga、In、Cr、La 等）置換Ti或者Ge，可在一定的組成范圍內(nèi)形成具有該結(jié)構(gòu)的固溶體，電導(dǎo)率會提高 2～3 個數(shù)量級。Li2O－Al2O3－TiO2－P2O5 的玻璃經(jīng)過熱處理可轉(zhuǎn)變成主晶相為 Li1+xAlxTi2－x(PO4)3 的玻璃陶瓷，室溫離子電導(dǎo)率為 1.3×10^(-3) S/cm。氧化物玻璃陶瓷電解質(zhì)制備工藝容易實現(xiàn)，但在化學(xué)穩(wěn)定性和成本上仍需進(jìn)一步提升 [6]。

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在硫化物玻璃陶瓷電解質(zhì)中，研究比較多的是 Li2S－P2S5 體系。將 Li2S－P2S5 基質(zhì)玻璃通過高溫處理后得到的微晶玻璃陶瓷電解質(zhì)的電導(dǎo)率得到明顯提升，在室溫下即可達(dá) 10^(-3) S/cm，而且解決了對金屬鋰不穩(wěn)定的問題。

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2.2.3 陶瓷固體電解質(zhì)

陶瓷固體電解質(zhì)種類繁多，從結(jié)構(gòu)上看，主要包括 NASICON 結(jié)構(gòu)鋰陶瓷電解質(zhì)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鋰陶瓷電解質(zhì)，石榴石結(jié)構(gòu)鋰陶瓷電解質(zhì)、LISICON 型鋰陶瓷電解質(zhì)、Thio-LISICON 型結(jié)構(gòu)鋰陶瓷電解質(zhì)、Li3N 型結(jié)構(gòu)鋰陶瓷電解質(zhì)、鋰化 BPO4 鋰陶瓷電解質(zhì)和以 Li4SiO4 為母體的鋰陶瓷電解質(zhì)等（見圖 1）。

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圖 1 典型晶體型陶瓷電解質(zhì)和玻璃態(tài)鋰離子電解質(zhì)

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陶瓷電解質(zhì)的電導(dǎo)率與其晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，影響因素包括傳輸通道、與 Li+ 半徑的匹配性、骨架離子與 Li + 鍵合強(qiáng)弱、Li + 濃度和空位濃度之比，以及陶瓷的致密度等。

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（1） NASICON類型

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圖 2 ?Li2Zr( PO4 ) 3 的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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NASICON 類型電解質(zhì)源于鈉離子電解質(zhì) NaZr2(PO4)3，其化學(xué)式可表示為 A［M2P3O12］（A、M、P分別代表 1 價、4 價和 5 價的陽離子）。如圖 2 所示，電解質(zhì)中的鋰離子遷移是通過缺陷躍遷來完成的，在 NASICON 結(jié)構(gòu)中，存在兩種躍遷路徑：一種是通過 Li1、Li2 位置瓶頸的 Li1→Li2 躍遷，另一種是通過 Li2、Li2 瓶頸的 Li2→Li2 躍遷，價鍵研究表明，NASICON 結(jié)構(gòu)中兩種鋰離子的遷移路徑均對離子電導(dǎo)性有貢獻(xiàn)。

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（2）鈣鈦礦結(jié)構(gòu)

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圖 3 ?Li3xLa(2/3-x)TiO3 晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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鈣鈦礦結(jié)構(gòu)型鋰離子導(dǎo)體基本組份為 Li3xLa(2/3-x)TiO3（0.04＜x＜0.17），是 ABO3 鈣鈦礦型固溶體，晶體結(jié)構(gòu)如圖 3 所示，其中陰離子骨架為由 TiO6 八面體組成，頂點被 Li+ 和 La3+ 所占據(jù)。鈣鈦礦型電解質(zhì)隨著其組份和合成條件的不同，可以有簡單立方、四方以及正交等多種晶型。

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鈣鈦礦型鋰離子導(dǎo)體電導(dǎo)率與微觀結(jié)構(gòu)的空位有序度成反比，立方結(jié)構(gòu)的無序度最高，最有利于離子導(dǎo)電，電導(dǎo)活化能也低于四方結(jié)構(gòu)，但是只有少量特定組成通過高溫淬冷才能穩(wěn)定立方相至室溫。

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（3）LISICON 類型和 Thio-LISICON 類型

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圖 4 ?Li14ZnGe4O16 晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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針對 LISICON 結(jié)構(gòu)的鋰離子導(dǎo)體，Li14ZnGe4O16 是一種典型晶體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖 4 所示，包含一個堅固的三維陰離子骨架 [Li11ZnGe4O16]3－，其余 3 個 Li+ 處于間隙位置，可遷移導(dǎo)電。骨架離子提供可遷移鋰離子的傳輸通道，傳輸瓶頸必須滿足鋰離子遷移所需的幾何條件，研究發(fā)現(xiàn)，LISICONs 中間隙鋰離子具有良好的與質(zhì)子交換能力。

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Thio－LISICON 型電解質(zhì)是在 LISICON 的骨架中采用鋰離子半徑更大、更易被極化的硫離子取代陽離子得到的一類系列材料。相比于氧化物 LISICON 型電解質(zhì)，Thio－LISICON 型電解質(zhì)表現(xiàn)出了更優(yōu)異的鋰離子室溫傳導(dǎo)性能，尤其是在 Li4PS4 和 Li4GeS4 之間的材料體系。鋰離子的傳導(dǎo)性能由骨架離子的極化率和摻雜取代所產(chǎn)生的間隙－空位所決定，因而硫離子取代后，離子電導(dǎo)率得到了提高。

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（4）Garnet 型

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圖 5 ?立方石榴石結(jié)構(gòu)電解質(zhì) LixLa3M2O12 晶體結(jié)構(gòu)示意圖

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Garnet 型鋰離子無機(jī)固體電解質(zhì)可用 LixLn3M2O12（3＜x≤7．5，M=Te、Nb、Ta、Zr 等）表示，具有傳統(tǒng)的石榴石結(jié)構(gòu)，是一種鋰離子填充在石榴石骨架中的氧化物，其結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。

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過量鋰（即 LixLn3M2O12中 x＞3）填充的石榴石結(jié)構(gòu)氧化物是 Garnet 型電解質(zhì)研究的主要對象，其鋰離子呈無序排布，在四面體格位和面體格位中均為部分占據(jù)，鋰氧四面體和鋰氧八面體相互連接，構(gòu)成了鋰離子的三維傳輸通道。而正是鋰離子在兩種格位中的無序分布，使該類型電導(dǎo)率得到提高，可達(dá)到 10^(-3) S/cm，同時對金屬鋰具有良好的穩(wěn)定性，使其成為鋰離子固體電解質(zhì)中的有力競爭者，獲得研究人員的密切關(guān)注。

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（5）陶瓷無機(jī)電解質(zhì)小結(jié)

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陶瓷電解質(zhì)具有很多優(yōu)勢，如電化學(xué)穩(wěn)定、工作溫度范圍寬、機(jī)械性能好，但每種結(jié)構(gòu)類型的電解質(zhì)均有其優(yōu)勢和應(yīng)用缺陷，總結(jié)如表 3 所示，仍需要各種功能剪裁，提高自身的綜合性能。

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表 3 ?部分晶體型鋰離子導(dǎo)體在全固態(tài)鋰電池應(yīng)用中的限制因素

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3 固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用展望

目前，全球范圍內(nèi)約有 20 多家制造企業(yè)、初創(chuàng)公司和高?？蒲性核铝τ诠虘B(tài)電池技術(shù)。

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圖 6 ?固態(tài)電池應(yīng)用案例

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高等院校大多數(shù)專注于材料層面的研究，國外以美國阿貢國家實驗室為代表，在國內(nèi)，中科院 2013 年設(shè)立固態(tài)先導(dǎo)計劃，希望 5 年內(nèi)實現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化;一些研究機(jī)構(gòu)、Start-up 和新能源公司在材料研發(fā)與制備方面具備獨(dú)特技術(shù)，電池樣品則以手工/半手工為主，僅少部分實現(xiàn)示范車用。大型企業(yè)方面，日本以豐田、日立造船和出光興產(chǎn)等為代表，在固態(tài)電池的車用領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先位置（如圖 6 所示）。

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固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化與電芯的高一致性和規(guī)模化制備的難易程度密切相關(guān)：

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就制備工藝而言，鑒于當(dāng)前固態(tài)電解質(zhì)膜的柔韌性不佳，固態(tài)電芯組裝更多偏向疊片而非卷繞工藝，但細(xì)分工藝尚不可知；

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就制造裝備而言，盡管固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰離子電池存在較大差異，但不存在根本性區(qū)別，只是在涂布、封裝等工序上需要定制化的設(shè)備，而且制造環(huán)境需在更高要求的干燥間進(jìn)行。

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因此，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化的實現(xiàn)從根本上還是取決于材料工藝層面的突破，包括關(guān)鍵材料、極片、正負(fù)極與電解質(zhì)匹配的材料工藝，目前，在界面電阻降低，金屬鋰高容量、高倍率和低體積變化的解決方案，以及兼具離子電導(dǎo)和機(jī)械特性的固態(tài)電解質(zhì)膜的成熟制備技術(shù)等方面尚缺乏有效的解決方案。

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因此，高能量密度全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，有望通過半固態(tài)電池、固態(tài)電池和全固態(tài)電池 3 個階段逐步實現(xiàn)，預(yù)計耗時 5～10 年時間。

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