全固態(tài)鋰電池組成部分是什么？

新能源鋰電池作為熱門關(guān)注的行業(yè)，未來高能量密度的全固態(tài)鋰電池會成為主要發(fā)展方向，其組成部分主要由薄膜負極，薄膜正極和固態(tài)電解質(zhì)組成。薄膜物質(zhì)可以有多種選擇材質(zhì)。

1、全固態(tài)鋰電池的薄膜負極

薄膜負極材料主要分為鋰金屬及金屬化合物，氮化物和氧化物。

金屬鋰是最具代表性的薄膜負極材料。其理論比容量高達3600mAh/g，金屬鋰非?；顫姡淙埸c只有180℃，非常容易與水和氧發(fā)生反應(yīng)，電池制造工藝中很多溫度較高的焊接方式都不能直接應(yīng)用在鋰金屬負極電芯的生產(chǎn)中。

鋰合金材料不但具有較高的理論比容量，還可以降低鋰的電化學(xué)活性。常見的鋰金屬化合物有LixSi、LixAl、LixPb等。但鋰化合物在充放電過程中，體積變化明顯，容易造成晶格結(jié)構(gòu)的崩塌。

氮化物負極材料可以分為鋰金屬氮化物，鋰過渡金屬氮化物和非金屬氮化物。鋰金屬氨化物可逆容量高，嵌鋰平臺低，主要種類有CrN、Cu3N、Ge3N4等。鋰過渡金屬氮化物有Li3-xCoxN、Li3FeN2等；非鋰金屬氮化物有SiN，VN等。氮化物做負極的主要特點是高的離子電導(dǎo)率和可逆容量。

氧化物負極材料可以分為金屬氧化物和金屬基復(fù)合氧化物。金屬氧化物負極有Ti02、Al203、In203、SiOx等；金屬基復(fù)合物氧化物有Li4Ti5012、LixMo02、LixWO2、LiNiVO4、Sn AlxOy等；Si0x和SnAlxOy 等容量雖然高，但衰減也比較明顯。

LixMoO2循環(huán)性好，但容量比較低。具有尖晶石結(jié)構(gòu)的Li4Ti5012被稱為“零應(yīng)材料”，是穩(wěn)定性極好的一種負極材料。

2、全固態(tài)鋰電池的薄膜正極

大多數(shù)能夠膜化的高電位材料均可用于固態(tài)化鋰電薄膜正極材料。薄膜正極材料主要分為金屬氧化物，金屬硫化物和釩氧化物。

適合做正極材料的金屬化合物，多數(shù)已經(jīng)在傳統(tǒng)鋰電池領(lǐng)域得到了應(yīng)用，比如Li Mn204、Li Co O2、LiCo1/3Ni1/3Mn1/302、Li Ni O2、Li Fe PO4等。

金屬硫化物被用作鋰電池正極材料，包括TiS2、FeS2、SnS2和CuS2等。其中，Ti S2薄膜材料的能量密度達到了450Whkg-1，在嵌入和脫嵌鋰過程中擁有接近100%

的庫倫效率。

釩氧化物做正極材料，主要是指V205，無定形V205材料循環(huán)穩(wěn)定性好，可逆容量高，是一種比較有研究潛力的材料。

3、全固態(tài)鋰電池的固體電解質(zhì)

固體電解質(zhì)，以固態(tài)形式在正負極之間傳遞電荷，要求固態(tài)電解質(zhì)有高的離子電導(dǎo)率和低的電子電導(dǎo)率。固態(tài)化電解質(zhì)大致可以分為無機固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)和無機有機復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。

無機固態(tài)電解質(zhì)是典型的全國態(tài)電解質(zhì)，不含液體成份，熱穩(wěn)定性好，從根本上解決了鋰電池的安全問題。加工性好，厚度可以達到納米尺寸，主要用于全固態(tài)薄膜電池。

無機固態(tài)電解質(zhì)，從構(gòu)型不同的角度出發(fā)，又包括NASICON結(jié)構(gòu)，LISICON結(jié)構(gòu)和ABO3的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。鋰金屬化合物比鈉金屬化合物的電導(dǎo)率大，這是構(gòu)型中，鋰離子所處的空間位置決定的。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的化合物主要是利用A位的空缺來增加鋰離子的活動空間來提高鋰離子電導(dǎo)率。

玻璃態(tài)的無機固態(tài)電解質(zhì)主要有氧化物（例如，P205、B203、SiO2、Li20等）、硫化物（Li2S、Si52等）、硫氧化物（Li S-Si S2中摻入少量的Li3PO4、LiAl O2、Li2SiO3等）。

和氨氧化物（Li PON、Li SiPON、LiSON）等。其中硫化物的熱穩(wěn)定性比較差，加入適當?shù)难趸铮梢蕴岣吖虘B(tài)電解質(zhì)的穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電率。

無機固態(tài)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率較高，電子電導(dǎo)率較低，電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，易于成膜，工藝簡單，具有廣闊的應(yīng)用前景。

固態(tài)化聚合物電解質(zhì)，由鋰鹽和聚合物構(gòu)成，大致可以分為全固態(tài)類和凝膠類。全固態(tài)類是由鋰鹽和高分子基質(zhì)絡(luò)合而成的。鋰鹽例如：Li PF6、Li BF4、LiCl04、LiAs F6等。高分子基質(zhì)比如：PEO、PAN、PVDF、PVDC和PMMA等。凝膠類是由鋰鹽與液體塑化劑，溶劑等與聚合物基質(zhì)形成穩(wěn)定凝膠的電解質(zhì)材料。電化學(xué)穩(wěn)定性良好，安全性較好，工藝簡單?，F(xiàn)在我們常說的聚合物鋰電池，擁有加高的能量密度和較好的安全性，其電解質(zhì)就是凝膠類聚合物作為電解質(zhì)的產(chǎn)品。

無機有機復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，是指在聚合物的固態(tài)電解質(zhì)當中加入無機填料所形成的一類電解質(zhì)。一定量活性無機填料的加入可以增加鋰離子擴散通道，離子電導(dǎo)率明顯提高。

全固體電解質(zhì)的研究主要集中在開發(fā)高電導(dǎo)率無機電解質(zhì)和有機-無機復(fù)合電解質(zhì)。硫化物固體電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導(dǎo)率，但是其環(huán)境穩(wěn)定性差。氧化物固體電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性好，但室溫離子電導(dǎo)率較低。有機-無機復(fù)合電解質(zhì)兼具有機物良好的柔性和無機物高的機械強度，但是由于聚合物基體的電導(dǎo)率低，且低溫環(huán)境下易結(jié)晶，因此復(fù)合電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率偏低。