全固态锂硫电池中界面问题的研究现状

作者：贾政刚; 张学习^*; 钱明芳; 耿林; 熊岳平^*

来源：材料导报, 2021, 35(09): 9097-9107.

• 全固态锂硫电池
• 固固界面
• 固态电解质
• 电化学性能

由于锂金属负极的理论比容量和固态电解质的安全性高,全固态锂硫电池越来越受到研究者的青睐。与液态锂硫电池相比,全固态锂硫电池最大的不同在于使用固态电解质替换了液态电解质,且固态电解质材料不可燃,因此有着更高的安全性。此外,经过优化处理后的固态电解质有着足够的机械强度,可以有效抑制锂枝晶的产生。同时在产品的制备和运输方面,全固态电池也有着更大的优势。然而,全固态电池中存在着大量的固固界面,这些固固界面会导致在循环过程中产生界面电阻、体积畸变等一系列问题,会制约全固态锂硫电池的商业应用。因此,近年来学者们对固固界面进行了广泛的研究,不断改进制备工艺,表征界面变化过程,并对离子迁移路径进行了模拟和验证。目前,全固态锂硫电池已经有部分投入了商业应用。全固态锂硫电池主要包括含硫正极、锂金属负极和固态电解质,而固态电解质主要分为无机固态电解质和有机固态电解质两大类。因此,对固态电解质界面的研究也可以分为两大类:一类是固态电解质内部界面,包括无机电解质与无机电解质之间的界面或者无机电解质与有机电解质之间的界面,该界面主要对离子电导率有着重要影响;另一类主要包括固态电解质与正负极之间的界面,对电池的化学稳定性、体积稳定性和离子电导率等均存在较大的影响。近年来,研究者发现通过改变混合方法、粒径、多孔基体和体积压力等能够有效改善界面。同时,随着表征技术的发展,越来越多的原位界面表征技术能够更加直观地展现界面的变化状态。本文系统性地阐述了全固态锂硫电池的内、外界面存在的问题和研究现状,并探讨了全固态锂硫电池未来的发展趋势和研究重点,以期为制备稳定、高性能的全固态锂硫电池提供参考。

• 单位
  哈尔滨工业大学