复合型固态电解质研究进展
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【摘 要】固态电解质是全固态锂电池区别于常规锂电池的关键材料，也是解决常规锂电池安全问题的有效途径。本文首先介绍硫化物类、氧化物类和聚合物类固态电解质存在的一些问题，然后主要介绍了聚合物-聚合物、聚合物-硫化物、聚合物-氧化物复合型固态电解质的研究进展，并对复合型固态电解质其在锂离子电池中的應用进行了综述。
【关键词】复合型;固态电解质;锂电池
中图分类号： TM912 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）18-0091-002
DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.18.044
随着锂电池基础性技术研发水平的逐步提高，复合型固态电解质的作用得到了更高的重视，强化对固态电解质应用情况的关注，并制定复合型固态电解质的优化应用措施，是目前很多锂电池研究人员重点关注的问题。
1 复合型固态电解质存在的问题
1.1 硫化物复合电解质应用存在的不足
目前，一些硫化物复合电解质的使用存在不足，尤其对于电解质体系的构建特征重视程度不足，在这种情况下，硫化物电解质的技术研究工作无法与其他类型的化学元素应用要求保持一致，难以为Si、Li-P-S的应用提供帮助，也使得Ge等过渡金属元素的使用无法达到满意的状态。一些硫化物复合电解质的使用对于安全性控制的重视不足，尤其对于高温性能的控制能力较差，导致复合电解质难以将结合安全控制的相关要求，将电导率维持在10-3～10-2S/cm以上，导致硫化物电解质的制备作用难以得到足够充分的显现。一些硫化物电解质的使用工作对于电解质的安全性控制需求了解存在不足，尤其对于空气环境之中，复合电解质的稳定性考察过于宽泛，这就使得硫化物复合电解质在进行成膜设计的过程中，难以在外压的控制调节方面取得理想的效果。还有一些硫化物复合电解质的应用对于金属锂的情况考察研究不足，尤其对于相关氧化物的正极情况缺乏足够的关注，难以在成膜性控制方面取得理想的进展，也使得硫化物电解质在进行界面稳定性管控方面，无法为复合电解质应用性能的全面优化提供保障。一些针对硫化物电解质的技术应用缺乏成膜性分析，尤其在界面稳定性识别和控制方面存在不足，针对聚合物的研究也没有充分顺应上述需求。
1.2 氧化物复合电解质应用存在的不足
目前，一些氧化物复合电解质应用方案的设计对于自身的结构控制存在不足，石榴石结构以及LLZO，NASICON结构并未得到足够的重视，导致氧化物复合电解质难以在安全性控制方面取得足够的进展。LAGP、LATP结构的控制对于氧化物复合电解质的使用状况重视存在不足，缺乏对Li-Zn-Ge-O氧化物特征的有效分析，在这种情况下，氧化物复合电解质无法充分适应高电压正极体系的构建需要，难以在离子电导率设置方面取得进展，也使得氧化物复合电解质与电极之间的颗粒接触性无法得到有效的改良。部分氧化物复合电解质对于自身的机械性能研究和控制存在不足，并没有从加工的角度，有效地进行氧化物复合电解质的研究，这就使得高性能的复合电解质的制备无法充分实现与氧化物复合电解质自身性能的有效结合。一些氧化物复合电解质对于煅烧技术的掌握水平较低，尤其在进行三维网络结构的氧化物电解质制备的过程中，缺乏对静电纺丝技术的有效应用，导致复合电解质膜难以得到有效的构建。部分热压技术的应用于氧化物电解质的制备状况对接存在不足，尤其在进行三维空间结构设置的过程中，难以在电导率的控制之下，对氧化物复合电解质的电化学稳定性具备足够的掌控能力，无法为复合电解质膜更好地适应氧化物复合电解质的应用需要提供帮助。还有一些氧化物电解质的使用对于电池极化的状态研究不够完整，尤其对于三维离子传输网络的构成状态缺乏必要的研究，导致氧化物电解质复合设计的思路难以得到创新发展，无法为氧化物复合电解质具备更强的使用性能提供帮助。
1.3 聚合物复合电解质应用存在的不足
可以创新性使用共混方法进行聚合物复合电解质的应用方式改良，使聚合物电解质可以在机械强度方面得到优化，并逐步适应双交联聚合物电解质制备技术的操作需要。可以尝试从聚合物电解质合成路线的角度进行电解质状况的分析，尤其要对聚氨酯和脂肪酸的应用情况进行细化研究，提升聚合物电解质的综合性制备水平。部分锂电池技术专业人员对聚合物复合电解质具备一定的重视，但在制定复合电解质的具体研究方案过程中，缺乏对电解质膜制备情况的重视，一些聚合物的使用无法保证与原位合成技术的应用要求相一致，难以在电解质膜的制备及应用过程中，充分实现复合电解质的技术价值。一些电解质膜在进行制备的过程中，温度控制技术的应用不够理想，Li3PS4的合成并没有保证在煅烧技术的有效操作之下得到合理处置，难以为Li3PS4的均匀分布提供有利的技术性支持。一些技术人员对于复合电解质的成分比例研究不够全面，尤其对于Li3PS4的占比关注不足，导致电导率的控制工作难以足够完整的适应电化学窗口的创设需要，无法为电池体系的技术改良提供完整的保障。
2 复合型固态电解质在锂电池中的优化应用策略
2.1 硫化物复合电解质应用优化策略
要充分认识到硫化物复合电解质的技术更新速度较快的特点，使电解质的应用可以不断地适应新型技术资源的创新需要，为硫化物复合电解质具备更大的应用价值提供帮助。要从金属元素的角度进行硫化物复合电解质的研究，将Si、Ge等元素进行集中分析，并对锂电池之中Li-P-S的使用情况进行合理设置，保证固体电解质体系的构建可以在硫化物复合点电解质的支持之下得到优化。要从电解质的安全性需求角度出发，对硫化物电解质进行应用，尤其要将高温性能的控制作为主体因素加以对待，以此保证电导率的控制工作可以更加成熟的适应硫化物电解质的制备以及应用需要，保证其复合电解质的使用环境可以得到逐步的改进优化。还可以尝试从高温性角度出发，对硫化物电解质进行制备方案的分析，使环境因素可以在硫化物电解质制备技术应用的过程中发挥更大的作用，为硫化物电解质具备更强的稳定性提供帮助。要强化对空气环境中硫化物电解质稳定性状态的关注，并保证其电导率可以控制在10-3～10-2S/cm以上，使复合电解质的制备条件可以更加成熟。 2.2 提升氧化物复合电解质应用质量的措施
要从氧化物电解质的结构优化设计角度出发，制定改良应用氧化物复合电解质的技术方案。可以将石榴石结构的LLZO，NASICON结构作为基礎性结构模式，并将LLTO和LISICON结构进行创新性应用，为Li-Zn-Ge-O的有效添加提供帮助。要从提升复合电解质安全性的角度出发，对高电压正极体系进行创新性建设，并使离子电导率的控制工作可以在氧化物复合电解质的应用过程中得到合理处置。要强化对离子电导率的关注，并结合电极的颗粒接触特征，对氧化物电解质的成膜性予以优化。要强化对氧化物电解质加工工艺的重视，尤其要对其在机械性能方面的优势进行充分的应用，使复合电解质膜的制备可以更好地适应氧化物复合电解质的应用需要。氧化物电解质的应用还需要加强对煅烧工艺的重视，尤其要使用静电纺丝工艺，有效的处置氧化物电解质的三维网络结构设置技术，使静电纺丝技术的应用可以在氧化物复合电解质膜的制备过程中，充分的实现骨架构造技术的创新，并使氧化物复合电解质的应用可以为复合电解质膜的更好应用提供帮助。要加强对热压技术应用情况的重视，尤其要对复合电解质膜的三维空间特性进行优化处置，保证复合电解质膜的制备可以在其骨架得到正确设置的情况下予以处理。氧化物复合电解质膜在制备的过程中，需要保证其电导率在1.8×10-4S·cm-1以上，电化学稳定性在4.5V以上，使复合电解质膜可以得到更高质量的制备处理。要加强对电池极化特征的关注，尤其要对氧化物复合电解质三维离子的传输需求予以明确，以便无机快离子导体可以在氧化物电解质的符合思路得到调整的情况下实现优化设置，并使离子传输网络的构建可以更好地满足新型技术资源的应用要求。
2.3 聚合物复合电解质应用优化策略
聚合物复合电解质的制备可以尝试使用共混方法，对制备技术的创新工艺予以改进，使双交联制备工艺可以在制备方法创新的过程中，充分适应聚合物电解质的制备工艺控制需要，使聚合物电解质在机械强度控制工作可以得到更好的改良优化。可以尝试创新聚合物电解质的合成路线，并对聚氨酯和脂肪酸在高温状态下的化学变化情况进行统计研究，使两个羧基的单体物质可以得到合理的制备，更好的保证聚环氧丙烯的使用可以得到更大程度的优化。在聚合物成膜工艺建设的过程中，要对压力因素的作用具备完整的认知，尤其要对锂元素的稳定性需求具备充足的了解，使聚合物复合电解质的应用能够在成膜性方面得到优化，并保证成膜的过程具备充足的界面稳定性。聚合物复合电解质的制备可以尝试以原位合成的方式进行自身的技术创新，并使合成路线可以得到完整的识别。首先使用Li3PS4进行前驱体的设置，并将P2S5以及LiS进行添加，使LiTFSI溶液可以得到正确处置，并完成电解质膜的制备。在这一过程中，温度需要始终控制在230℃以上，并保证时间可以持续超过4小时，以此保证Li3PS4可以得到正确的合成应用。
3 结论
固态电解质的优化使用可以为复合型锂电池应用价值的优化提供较为全面的支持。因此，从材料应用的角度对固态电解质的应用策略予以研究，并结合锂电池应用的实际需要，对固态电解质的优化应用策略予以制定，对提升锂电池的综合性技术应用质量，具有十分重要的意义。
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