固态电解质

固态电解质是一种能在固态下传导离子的材料，广泛应用于固态电池、传感器及其他电化学器件中。

同时，研究深入分析了固态电解质界面的动态演变过程、锂离子传输动力学特性、失效机理，并提出了机械性能方面的创新策略。

尽管以硅和锡为代表的合金负极材料因其理论比容量远超石墨，被视为构建下一代高能量密度固态电池的关键要素，但其与固态电解质系统的集成仍面临一系列重大科学瓶颈(图2)。

4.1.2固态电解质界面副反应抑制策略

4.1.3固态电解质界面接触优化及多功能复合方案

上述结果表明，去除导电添加剂可有效抑制界面副反应、稳定负极-固态电解质界面，但该方案也会牺牲电极内部电子传导能力，存在性能权衡。

石墨、硅等传统负极材料在负极-固态电解质界面存在较大界面阻抗，加剧动力学受限问题，造成锂离子输运迟缓、极化增大。

移除促进电解质分解的碳添加剂，能够有效抑制负极/固态电解质界面的分解行为。

表面保护层、人工中间相可以稳定活性物质‑固态电解质界面，抑制副反应，但是额外的包覆层会增大离子迁移阻力。

负极是决定全固态电池低温性能的关键，负极与固态电解质界面的离子输运与电荷转移具有显著温度依赖性。

深入探讨固态电解质界面、锂离子传输动力学及机械性能方面的失效机理与创新策略。

长期聚焦新一代二次储能电池研发，研究体系包含锂离子、钠离子与锂金属电池，系统开发聚合物、无机复合型固态电解质材料，针对极寒环境储能需求设计低温适配电极结构，同时拓展柔性储能器件、超级电容器等多元化储能体系，兼顾材料机理研究与电池实用化工艺开发。

VI固态锂离子电池中固态电解质的改性策略

VI固态锂离子电池中固态电解质的改性策略作为合金负极全固态电池的核心组件，固态电解质的研发策略呈现多样化且持续演进的趋势，主要针对离子电导率偏低、界面稳定性不足及机械性能欠佳等技术瓶颈。

长期深耕全固态锂电池核心技术体系，重点解析电池在高低温等极端工况下的电化学衰减机理，围绕固态电解质改性、正负极界面钝化工程、锂金属负极保护等方向开展系统性研究，同时依托原位、多尺度表征手段探究固-固界面力学与电化学耦合失效机制，开发适配极地、航天等低温场景的储能新材料与器件制备工艺。

4.1.5各类固态电解质存在的固有权衡与局限

3.6卤化物固态电解质(HSEs)成本

VI非锂离子体系中的卤化物固态电解质

a卤化物固态电解质制备工艺：(A)高能球磨、(B)共熔法、(C)湿化学法(左图)。

卤化物固态电解质(HSEs)具备优异的高压抗氧化稳定性，适配高电压正极，但耐还原稳定性差，极易与低电位锂金属负极发生反应，无法单独作为单层电解质使用。

卤化物固态电解质补齐了氧化物与硫化物电解质的性能短板，室温离子电导率优异、电化学窗口宽且空气稳定性良好，可直接匹配高压LCO、富镍NCM正极，电池能量密度可达400~500Whkg⁻1。

卤化物固态电解质适配锂硫、锂氧、钠离子等后锂离子全固态电池，可充当固态电解质、阴极电解质或界面改性剂，凭借宽电化学窗口、优异离子电导率与正极适配性展现广阔应用前景(图14)。

非锂基固态电池中的卤化物固态电解质。

高能球磨是制备卤化物固态电解质最常用的机械化学合成手段，工艺简便易量产，可在低温下依靠高能碰撞完成固相反应，适合制备三价、四价卤化物电解质，能够精准调控组分与缺陷。

2.7氧卤化物固态电解质

Katiyar团队系统分类卤化物电解质，剖析合成工艺与各类界面改性方案，搭建制备、微观结构与器件性能的关联，拓展其后锂电体系应用，为高性能卤化物固态电解质的理性研发指明方向。

二价中心金属卤化物固态电解质是早期研究的卤化物体系，通式为Li₂MX₄，主要包含橄榄石、正尖晶石、畸变尖晶石及铃木型四种晶体结构(图2e)，多数材料以反尖晶石结构结晶。

五价铌、钽基卤化物固态电解质是一类新型电解质体系，可形成多种晶态、非晶态卤化物与氧卤化物，部分体系离子电导率可突破10mScm⁻1，具备优异的离子传输潜力。

卤化物固态电解质发展的核心瓶颈为离子电导率与电化学稳定性的固有制衡关系。

卤化物固态电解质总览：分类、合成、界面特性、电化学性能，及其在锂离子电池与钠离子、锂硫、锂氧等非锂离子电池中的应用。

卤化物固态电解质的实用化，需要兼顾量产性、低成本，且可精准调控微观结构与电化学性能。

本文全面剖析卤化物固态电解质现存问题，依据中心金属完成材料分类，探究合成方式对缺陷结构、离子电导率的影响，聚焦各类界面改性手段以稳定电极界面。

氧卤化物固态电解质是一类极具潜力的新型储能材料，多以非晶态存在，金属多面体通过桥接氧原子短程连接，可有效提升锂离子传输能力。

退火产物的晶体与层状结构、InCl₆3⁻八面体周边锂离子位点示意图、阿伦尼乌斯曲线，以及已报道铟基卤化物固态电解质性能汇总。

现有氧化物、硫化物、聚合物固态电解质各有缺陷，卤化物固态电解质兼顾优良离子电导、宽电化学窗口与空气稳定性，适配高压正极。

为此研究人员构建不含碳、硅含量达99.9wt%的负极结构，显著缓解固态电解质副反应。

专注各类无机固态离子导体的设计与可控制备，涵盖硫化物、氧化物、卤化物固态电解质体系，重点攻克低温环境下电解质离子传导效率低、电极-电解质界面副反应频发等关键难题，同步开展纳米储能功能材料开发，构建适配宽温域运行的全固态电池一体化改性方案。

Wu等人同样证实，在锂负极与固态电解质间引入Ag-C夹层可形成稳定力学接触，大幅降低界面阻抗、优化电流分布。

4.3.1提升输运动力学石墨、硅等传统负极材料在负极-固态电解质界面存在较大界面阻抗，加剧动力学受限问题，造成锂离子输运迟缓、极化增大。

为此研究人员构建不含碳、硅含量达99.9wt%的负极结构，显著缓解固态电解质副反应。

表面保护层、人工中间相可以稳定活性物质‑固态电解质界面，抑制副反应，但是额外的包覆层会增大离子迁移阻力。

4.1.2固态电解质界面副反应抑制策略本节围绕固态电解质电化学分解问题，介绍多种界面稳定化改性手段，从电解质本体、电极集流体两个维度阻断有害副反应，缓解低温下界面阻抗持续攀升的问题。

同时研究发现铝集流体会与卤化物固态电解质发生腐蚀反应，在铝箔表面包覆石墨烯碳层可优化界面结合能，抑制LIC电解质分解产物InCl₃生成，低温长循环容量与容量保有率得到显著提升。

作者简介JunyoungMun本文通讯作者韩国成均馆大学副教授▍主要研究领域长期深耕全固态锂电池核心技术体系，重点解析电池在高低温等极端工况下的电化学衰减机理，围绕固态电解质改性、正负极界面钝化工程、锂金属负极保护等方向开展系统性研究，同时依托原位、多尺度表征手段探究固-固界面力学与电化学耦合失效机制，开发适配极地、航天等低温场景的储能新材料与器件制备工艺。

针对传统PEO基聚合物室温离子电导率极低、低温传导近乎停滞的痛点，介绍双交联生物基淀粉复合固态电解质(BStSi)，通过有序醚键网络构建海量锂离子结合位点，大幅促进锂盐解离，在-20℃仍保有3.10×10⁻⁵Scm⁻¹的高离子电导率，配套锂铁磷全电池可在0.1C、-20℃下稳定循环300圈。