固态电解质是实现锂离子电池高安全性、能量密度、循环寿命性能
思瀚产业研究院 上海洗霸    2023-05-23

当下新能源电池类型以液态锂离子电池为主，即所使用的电解质为液态电解质，但传统的液态锂电池能量密度已接近技术天花板，且存在一定的电池爆炸燃烧等安全性缺陷，相关材料体系的升级也已接近理论极限。固态电解质是实现锂离子电池高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。

目前全球多国政 府及各大车企及电池厂商均在积极倡导和布局固态/半固态锂电池，相比液态锂 电池，固态/半固态锂电池是将电解质从液态逐步转变为固态/固液混合电解质， 使锂电池在安全性、低温可靠性和能量密度三个方面实现突破性提升，兼具高能量密度和高安全性两大优势，能量密度可突破 500Wh/kg。

根据电解质的种类，固态电解质可分为聚合物、硫化物及氧化物三条技术路线。聚合物优点为易于加工、生产工艺兼容、界面相容性好、机械性能好， 缺点为常温离子电导率低、电化学窗口略窄、热稳定性和能量密度提升有限， 制约了其大规模应用；硫化物被认为发展潜力大，优点为电导率高、兼具强度与加工性能、界面相容性好，缺点为与正极材料兼容度差、对锂金属稳定性差、 对氧气和水分敏感、存在潜在污染问题、生产工艺要求高且成本较高，目前仍 处于研发阶段；氧化物综合性能最好，优点为电化学窗口宽、热稳定性好、机械强度高，锂离子导电率高、成本适中，缺点为难以加工、固—固界面相容性差。

氧化物电解质是含有锂以及其他成分（磷、钛、铝、镧、锗、锌、锆）的 化合物，可分为晶态和非晶态两类，非晶态主要为 LiPON 型，晶态类可分为钙钛矿型（LLTO）、 反钙钛矿型（LOC）、石榴石型（LLZO/LLZTO）、快离 子导体型（LATP/LZG）等几类。

根据多个国家制定的固态电池发展目标和产业技术规划，2020-2025 年着力 提升电池能量密度并向固态电池转变，预期在 2030 年将研发出可商业化使用的 全固态电池。

固态电解质作为液态锂电池向固态/半固态锂电池转变的基础和核心材料，在固态电池梯次渗透和逐步产业化过程中，均会被应用于固态电池的研发和技术革新，因此其规模化应用将早于固态电池的全面产业化，预期将在 2025-2030 年实现规模化应用。

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