固体电解质

这是一篇关于固体电解质的思维导图，主要内容包括：无机固体电解质，固态电解质，聚合物复合电解质，聚合物固体电解质。

固体电解质

• 固态电解质
  • 液态电解质与凝胶电解质优缺点
    • 优势
      • 较高的室温离子导电率
      • 正极材料表面形成稳定的固态电解质膜
    • 劣势
      • 无法满足低温要求
      • 安全性问题
      • 电池充放电库伦效率低
      • 电池性能低
      • 限制与高电压正极材料的使用
  • 固态电解质优势
    • 优异的安全性
    • 高、低温性能稳定
    • 成本较低
    • 电池能量密度较高
  • 界面阻抗问题
    • 限制锂离子在全电池中的有效运输
  • 分类
    • 聚合物固体电解质
    • 无机固体电解质
    • 复合电解质
• 无机固体电解质
  • • 无机复合固体电解质
    • 非晶态固体电解质（各向同性→离子通道连接更易、界面电阻低， 可获得更高的总离子电导率）
      • LiPON
      • 非晶态硫化物
        • 主要成分硫化锂Li2S
        • S相对于O极化更大，与锂相互作用更弱→ 同系列材料中，硫化物电解质具有更高的电导率
    • 晶态固体电解质
      • 钙钛矿型（Pervskite）Li3xLa2/3−xTiO3
        • 碱土金属的钛酸盐（立方、四方、正交多种结晶形式）
        • 0.06＜x＜0.14时为固溶体，四方结构，纯的离子导体， 电子电导率几乎忽略
        • x=0.11时电导率最高
        • 锂离子在其中以空位机制传导，锂离子运输遵循渗流模型， 具有较高的离子电导率
        • 问题
          • 合成产物组分难控制
          • 界面电阻高→总电导率减小
          • 不能与负极材料直接接触
      • 反钙钛矿型
        • 晶格中离子运输条件：空位、间隙
        • 超离子导体导电的主要驱动力：锂空位、阴离子无序
        • 为了得到锂离子导体，以钙钛矿材料（ABX3）为原型进行材料设计， 使得ABX3中各个元素的电性与传统钙钛矿材料相反
        • LiRAP材料优势
          • 熔点低→薄膜材料、大规模生产
          • 活化能低、电势高、结构易于调整
          • 极低的电子电导率
          • 密度小、质量轻
          • 与水反应产物环境友好→易于循环利用
          • 成本低
          • 与锂金属电极稳定
          • 具有一定的热稳定性
      • NASICON型
        • 结构
          • 一般为六方相，随组分变化可能会出现单斜、三斜、四方等结构
        • 材料电阻受限
          • 体相
          • 晶界电阻
        • 目前主要为LATP、LAGP
        • 优势
          • 高的电导率、宽的电化学窗口→应用于全固态锂离子电池、 锂空电池、锂液电池
        • 问题
          • LATP在低电位时钛离子被还原→ 不能与锂或低电位嵌锂负极材料直接接触使用
      • LISICON型Li14Zn(GeO4)4
        • Li14Zn(GeO4)4化合物，Li4GeO4与Zn2GeO4形成互溶相
        • 问题
          • 高温下有较高的电导率，但室温下电导率低
          • 氧化锂含量高→对空气敏感，限制应用
      • Garnet型
        • 硅酸盐矿物结构
        • 较高的电导率
        • 宽的电化学窗口
        • 空气中稳定、与锂接触稳定
      • Li3N型
        • 离子导电率、分解电压均较低，限制其在全固体电池中的应用
        • 金属锂表面形成的氮化锂层防止锂枝晶
• 聚合物复合电解质
  • 目的：增强聚合物电解质的机械稳定性
  • 无机陶瓷在聚合物电解质中的作用
    • 降低聚合物体系的晶相含量，增大离子运输的无定形相，利于锂离子快速传输
    • 填料附近也可形成快速锂离子通道
    • 填料可作为Lewis酸与聚合物中的N、O、F等与Lewis碱反应，增加自由载离子数目
    • 增加聚合物的力学性、成膜性、改善与金属锂的界面状况
  • 无机锂离子导体材料作用
    • 提高聚合物相的无序度，增强锂离子传导
    • 自身可提供锂离子传导通道
    • 锂离子导体的有机-无机复合电解质： 较高的离子导电率、良好的电极-电解质界面
• 聚合物固体电解质
  • 以聚合物为基体，由强极性聚合物和金属盐通过Lewis酸碱反应， 不断发生络合解络合反应，形成具有离子导电性能的高分子材料
  • 与无机固体电解质相比
    • 有很好的柔顺性、良好的成膜性、粘弹性、质量轻
  • 与传统液态锂离子电池相比
    • 避免电解质泄漏，安全性高，重量轻，容量大
  • 聚醚碱金属盐复合物
    • 不含增塑剂
    • 离子传导依赖负极极性聚合物网络中的离子
    • PEO类聚合物与盐类简单混合而得到的聚合物电解质为主要代表
  • 形成高电导率聚合物电解质条件