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ByEnergist汇报人：康书文时间：2019/5/24全固态电池产业化路线分析

CONTENTS目录目录全固态电池研究的核心最具前景LLZO四大技术问题的解决方案有潜力的固态电解质应该满足哪些条件？固态电解质的技术路线及优缺点1234

全固态电池研究的核心1

一、全固态电池研究的核心：固态电解质其实，主要有两个问题：1、离子电导率/S离子寻找快速离子传输导体是永恒的话题。2、电解质与电极的5-固界面（稳定，内阻低）。

有潜力的固态电解质应该满足哪些条件？2

二、有潜力的固态电解质应该满足哪些条件？1、高离子电导率室温离子电导率一般要达到10-4S/cm才能满足商业的要求2、高离子迁移数锂离子迁移数达到1时是最为理想的3、优异的力学性能电池组装、储存以及使用过程中能够去承受应力的变化，不能发生脆裂。4、宽电化学稳定窗口4V-5V，可与高压正极匹配5、良好的化学/热稳定性不能与正极、负极、集流体发生强烈的化学反应6、易制备简便、更为环保的制备

固态电解质的技术路线及优缺点3

三、固态电解质的技术路线及优缺点3.1固态电解质主要技术路线聚合物氧化物硫化物高聚物（聚（环氧乙烷）/PEO，聚合1,3-二氧戊/DOL等）+电解质盐（LiTFSI,LiFSI，离子液体等）NASICON型（如Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3，[LATP]石榴石型（如Li7La3Zr2O12，[LLZO]Li2S-P2S5玻璃陶瓷Li10GeP2S12(LGPS)Li10SnP2S12(LSPS)

AdvantageDisadvantage1、对Li-金属阳极具有高度化学稳定性3、粉体材料可以在大气环境下实现规模化生产1、离子电导率难以再进一步提升2、与空气反应表面形成碳酸锂1、耐受水的侵蚀1、离子电导率不高，低于LLZOLLZONASICON3.2固态电解质技术路线的优缺点（以全固态锂金属电池为讨论对象）3.2固态电解质技术路线的优缺点（以全固态锂金属电池为讨论对象）2、电化学窗口宽，可以和高电压正极相匹配3、锂金属不均匀沉积导致的锂枝晶穿透4、界面接触不良，导致电流密度分布不均2、金属锂也不稳定

AdvantageDisadvantage1、离子电导率可与液体电解液PK1、柔性易加工成膜1、对空气极为敏感，不稳定2、化学不稳定，循环过程中与电解质盐反应2、与电极界面相对稳定（需注意正极界面处高压氧化的问题）1、室温Li+迁移困难，离子电导率低（目前已有人制备出较高离子电导率的聚合物/电解质盐复合材料，＞1mS/cm，可与S，NMC622和LFP正极匹配2、高离子电导率可与高弹性模量通常难以兼得SulfidePloymer青岛大学郭向欣、北京科技大学范丽珍教授和清华大学南策文院士等人联合在Joule发文认为：石榴石型固态电解质（LLZO）的综合性能最为优异，可以说最具应用前景。故本次主要针对LLZO的技术问题进行讨论。

点击此处添加标题图1.四种典型固体电解质材料：从上至下依次是石榴石型、NASICON型、硫化物和聚合物固体电解质的离子电导率、面电阻、电化学窗口、对锂稳定性、空气稳定性以及实现规模化制备的难易程度方面的对比。

LLZO四大技术问题的解决方案4

四、LLZO四大技术问题的解决方案1、离子电导率难以再进一步提升LLZO的最大电导率在室温（RT）下为1.6×10-3Scm-1，而硫化物电解质的电导率可达1.2×10-2Scm-1实用化的固体电解质应考虑面电阻ASR，而不只是离子电导率ASR=L/?ion面内阻等于厚度除以离子电导率，L是电解质的厚度举例：LiPON的室温离子电导率只有2×10-6Scm-1，但它可以成功应用于薄膜固态锂电池，经过上万次循环以后仍然与金属锂保持良好的界面未出现锂枝晶问题。

以LiPON的温室面电阻为50Ωcm2作为参照，LLZO也能满足这一要求应用型LLZO陶瓷片应用型LLZO柔性复合膜温室?ion：10-3Scm-1厚度：小于500μm能量密度：281Whkg-1（LLZO陶瓷基固态锂电池）应用：便携式电子设备和高温特种电源温室?ion：10-4Scm-1厚度：小于50μm能量密度：410Whkg-1（LLZO柔性复合膜的固态锂电池）应用：适合用作电动汽车的动力电池

图2.基于石榴石陶瓷和柔性膜的固态锂电池与LiPON固态锂电池的对比，三种体系中电解质膜的面电阻归一为50Ωcm2。对于LiPON而言，一旦考虑集流体，其能量密度呈现出断崖式下降。

表1.不同类型固态锂电池能量密度的计算参数Table1.ParameterUsedforCalculatingEnergyDensitiesofDifferentTypesofSolid-State