( 1)硫化物
核心在硫化锂的价格与产能。
优点:硫化物固态电解质具有超高的离子电导率和良好的机械性质,其离子电导率可媲美液态电解质,易于构筑不含电解液的全固态锂电池。其材料较软,跟负极接触相对较好,仅从技术上讲这是最有希望量产的固态电解质。
缺点:其空气稳定性差,潮湿空气里面不稳定,会产生硫化氢气体,且硫化氢毒性较高。合成工艺复杂、生产率低且生产成本高,合成硫化物电解质会用到硫化锂前驱体,硫化锂前驱体成本非常昂贵;整体的倍率性较低,使用后有明显的衰减。以上极大地阻碍了硫化物电解质的大规模应用。另外,当前硫化物的相关有 60%以上patent被丰田申请,未来或将涉及patent问题。
( 2)氧化物
核心在做薄电解质从而提升能量密度。
优点:电导率适中,具有相对较高的离子电导率和较稳定的化学特性。成本相对便宜,其原材料较硫化物更便宜,锂、镧、锆、钛、氧这些元素,制备对环境要求不苛刻。以上优点有利于于大规模生产和应用。
缺点:面电阻较大,电导率变低后,带来的面电阻比较大。加工困难,氧化物类似于一个陶瓷体,很难做得很薄,做不薄则整体的能量密度和体积电阻非常大。存在刚性界面接触的问题以及严重副反应,氧化物做成陶瓷体之后,陶瓷体本身硬度较大,所以与正极、负极接触较差,在微观结构下将产生很多气孔,气孔处没有填充电解质,因此无法传导锂离子,导致整体的性能较差。
( 3)聚合物
核心在稳定量产,吸湿性、空气稳定性差。
优点:聚合物固态电池结合了硫化物和氧化物优势。电导率较氧化物体系更高,跟硫化物比会差一点,整体成本较低,其原料的元素多为氯、锆等,相对便宜。合成过程相对简单,聚合物电解质层可通过干法或湿法制备,电芯组装通过电极和电解质间的卷对卷复合实现;干法和湿法都非常成熟,易于制造大电芯;易于制备出双极内串电芯,从而提升单体电池电压。
缺点:与负极的接触不稳定,成膜均一性难控制;难兼容高电压正极 材料,导致能量密度不高;电池只能在高温下工作。
( 4)复合固态电解质(CSSEs)
主要是以氧化物、硫化物等为代表的无机固态电解质和以聚氧化乙烯等聚合物为代表的有机固态电解质两者的结合,利用路易斯酸碱相互作用,增加链段运动能力,协同提升界面离子传输。