传统的液态锂电池虽然相比其他类型的蓄电池来说更先进,有更高的性价比,但是其在大电流下工作负极表面很容易生长锂枝晶,从而刺破隔膜导致电池短路破坏;另外电解液为有机液体,在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向,因此固态锂电池才得以出现。固态锂电池基于固体电解质,才得以被公众认为可以克服传统液态锂电池的不足。
相比于传统液态锂离子电池,固态锂电池的能量密度更大、安全可靠性更高、工作温度更宽及循环寿命更长等优点。固体电解质是固态锂电池与液态锂电池的最大区别,也是固态锂电池的研究核心。
固态锂电池虽然比液态锂电池拥有更多的优势,但也存在较大的不足,即正极与电解质界面的兼容性问题。
固体电解质中的晶界,不但会阻碍锂离子的运动,而且晶界电阻远高于材料本体电阻,这样也就会显著影响对固体电解质总电导率。
固体电解质的使用,使电极与电解质之间的界面从固/液界面转变为固/固界面,由于固体电解质无润湿性,所以使正极与电解质的接触性变差,接触电阻更高。在循环过程中,正极材料中的过渡金属元素很容易析出,降低电池循环稳定性。
另外,正极在充放电过程中由于体积变化而将导致界面应力增加,电极局部畸变,使电荷转移电阻增加。
因此,抑制元素互扩散以及缓解电极体积效应,是降低界面电阻,提高固态锂电池循环性能和倍率性能的关键。