傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池雖然相比其他類型的蓄電池來說更先進,有更高的性價比,但是其在大電流下工作負極表面很容易生長鋰枝晶,從而刺破隔膜導致電池短路破壞;另外電解液為有機液體,在高溫下會加劇發(fā)生副反應、氧化分解、產(chǎn)生氣體、發(fā)生燃燒的傾向,因此固態(tài)鋰電池才得以出現(xiàn)。固態(tài)鋰電池基于固體電解質,才得以被公眾認為可以克服傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池的不足。
相比于傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池,固態(tài)鋰電池的能量密度更大、安全可靠性更高、工作溫度更寬及循環(huán)壽命更長等優(yōu)點。固體電解質是固態(tài)鋰電池與液態(tài)鋰電池的最大區(qū)別,也是固態(tài)鋰電池的研究核心。
固態(tài)鋰電池雖然比液態(tài)鋰電池擁有更多的優(yōu)勢,但也存在較大的不足,即正極與電解質界面的兼容性問題。
固體電解質中的晶界,不但會阻礙鋰離子的運動,而且晶界電阻遠高于材料本體電阻,這樣也就會顯著影響對固體電解質總電導率。
固體電解質的使用,使電極與電解質之間的界面從固/液界面轉變?yōu)楣?固界面,由于固體電解質無潤濕性,所以使正極與電解質的接觸性變差,接觸電阻更高。在循環(huán)過程中,正極材料中的過渡金屬元素很容易析出,降低電池循環(huán)穩(wěn)定性。
另外,正極在充放電過程中由于體積變化而將導致界面應力增加,電極局部畸變,使電荷轉移電阻增加。
因此,抑制元素互擴散以及緩解電極體積效應,是降低界面電阻,提高固態(tài)鋰電池循環(huán)性能和倍率性能的關鍵。