PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)：構(gòu)筑鋰離子電池新基石

PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)：構(gòu)筑鋰離子電池新基石一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今社會(huì)，能源問(wèn)題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著電子設(shè)備的普及、電動(dòng)汽車的發(fā)展以及智能電網(wǎng)對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求不斷增長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)高效、安全、可持續(xù)的儲(chǔ)能技術(shù)變得至關(guān)重要。鋰離子電池作為目前最具競(jìng)爭(zhēng)力的儲(chǔ)能技術(shù)之一，因其具有高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命、低自放電率等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。近年來(lái)，全球鋰離子電池市場(chǎng)呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年國(guó)內(nèi)鋰電池總出貨量達(dá)到885GWh，同比增長(zhǎng)34%，其中，動(dòng)力電池出貨630GWh，同比增長(zhǎng)31%；儲(chǔ)能鋰電池出貨量達(dá)206GWh，同比增長(zhǎng)59%。預(yù)計(jì)2024年中國(guó)鋰電池市場(chǎng)出貨量將超1,100GWh，同比增長(zhǎng)超27%，其中動(dòng)力電池出貨量超820GWh，同比增長(zhǎng)超20%；儲(chǔ)能電池出貨量超260GWh，同比增長(zhǎng)超25%。在新能源交通工具領(lǐng)域，鋰離子電池是電動(dòng)汽車、電動(dòng)摩托車等的核心動(dòng)力源，其性能直接影響著車輛的續(xù)航里程、動(dòng)力性能和安全性能。在儲(chǔ)能領(lǐng)域，鋰離子電池可用于電網(wǎng)調(diào)峰、可再生能源并網(wǎng)存儲(chǔ)等，有助于提高能源利用效率，促進(jìn)能源的可持續(xù)發(fā)展。在消費(fèi)類電子領(lǐng)域，鋰離子電池為智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等設(shè)備提供了穩(wěn)定可靠的電源，滿足了人們對(duì)移動(dòng)設(shè)備高性能、長(zhǎng)續(xù)航的需求。然而，傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池在實(shí)際應(yīng)用中面臨著諸多挑戰(zhàn)。一方面，液態(tài)電解質(zhì)具有易燃、易揮發(fā)的特性，在電池過(guò)充、過(guò)熱或受到外力沖擊時(shí)，容易引發(fā)漏液、燃燒甚至爆炸等安全事故，嚴(yán)重威脅使用者的生命財(cái)產(chǎn)安全。例如，近年來(lái)，一些電動(dòng)汽車和手機(jī)因電池安全問(wèn)題引發(fā)的火災(zāi)事件屢見(jiàn)報(bào)端，引起了社會(huì)的廣泛關(guān)注。另一方面，液態(tài)鋰離子電池的能量密度提升空間有限，難以滿足電動(dòng)汽車等領(lǐng)域?qū)﹂L(zhǎng)續(xù)航里程的不斷追求。此外，液態(tài)鋰離子電池的循環(huán)壽命也有待進(jìn)一步提高，以降低使用成本。為了解決這些問(wèn)題，固態(tài)鋰離子電池應(yīng)運(yùn)而生。固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)，從根本上解決了液態(tài)電解質(zhì)帶來(lái)的安全隱患。同時(shí)，固態(tài)電解質(zhì)還具有更高的理論能量密度和更好的循環(huán)穩(wěn)定性，有望成為下一代鋰離子電池的發(fā)展方向。在眾多固態(tài)電解質(zhì)材料中，聚氧化乙烯（PEO）基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)是將PEO與無(wú)機(jī)填料復(fù)合而成的新型電解質(zhì)材料。PEO作為一種高分子聚合物，具有良好的柔韌性和可加工性，能夠與鋰鹽形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，促進(jìn)鋰離子的傳輸。同時(shí)，PEO還具有與電極材料良好的界面相容性，能夠有效降低電極/電解質(zhì)界面的電阻，提高電池的充放電性能。然而，純PEO基聚合物電解質(zhì)也存在一些不足之處，如室溫離子電導(dǎo)率較低、機(jī)械強(qiáng)度有限等。通過(guò)引入無(wú)機(jī)填料，可以有效改善PEO基聚合物電解質(zhì)的性能。無(wú)機(jī)填料的加入不僅可以降低PEO的結(jié)晶度，提高離子電導(dǎo)率，還可以增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。此外，無(wú)機(jī)填料還可以與PEO形成協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步優(yōu)化電解質(zhì)的離子傳輸性能和界面穩(wěn)定性。研究PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于推動(dòng)鋰離子電池的發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論層面來(lái)看，深入探究PEO與無(wú)機(jī)填料之間的相互作用機(jī)制、離子傳輸機(jī)制以及界面相容性等問(wèn)題，有助于豐富和完善固態(tài)電解質(zhì)的理論體系，為新型電解質(zhì)材料的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)提供理論指導(dǎo)。從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，開(kāi)發(fā)高性能的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，有望顯著提升鋰離子電池的性能和安全性，滿足電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域?qū)﹄姵丶夹g(shù)的更高要求。這將有助于推動(dòng)新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，減少對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴，降低碳排放，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)發(fā)展。同時(shí)，高性能鋰離子電池的應(yīng)用還將帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和創(chuàng)新，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在全球范圍內(nèi)，對(duì)PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的研究呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。國(guó)外眾多科研機(jī)構(gòu)和高校在這一領(lǐng)域開(kāi)展了深入研究，取得了一系列具有重要影響力的成果。美國(guó)的一些研究團(tuán)隊(duì)致力于探索新型無(wú)機(jī)填料與PEO的復(fù)合體系，通過(guò)優(yōu)化填料的種類、粒徑和添加量，有效提高了電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和機(jī)械性能。例如，他們研究發(fā)現(xiàn)，將納米級(jí)的二氧化鈦（TiO?）添加到PEO基電解質(zhì)中，能夠顯著降低PEO的結(jié)晶度，從而提高離子電導(dǎo)率。當(dāng)TiO?的添加量為5%時(shí)，電解質(zhì)在60℃下的離子電導(dǎo)率可達(dá)到10??S/cm左右，相比純PEO基電解質(zhì)有了大幅提升。此外，他們還通過(guò)表面修飾等手段，改善了無(wú)機(jī)填料與PEO基體之間的界面相容性，進(jìn)一步提升了電解質(zhì)的綜合性能。日本的科研人員則在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備工藝和界面穩(wěn)定性方面取得了突破。他們開(kāi)發(fā)了一種新型的溶液澆鑄法，能夠制備出均勻、致密的電解質(zhì)薄膜，有效提高了電解質(zhì)與電極之間的界面接觸面積，降低了界面電阻。同時(shí)，他們通過(guò)在電解質(zhì)中引入功能性添加劑，如鋰鹽絡(luò)合劑等，增強(qiáng)了電解質(zhì)與電極之間的化學(xué)穩(wěn)定性，抑制了界面副反應(yīng)的發(fā)生。采用這種方法制備的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)組裝的鋰離子電池，在循環(huán)穩(wěn)定性方面表現(xiàn)出色，經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，電池的容量保持率仍能達(dá)到80%以上。在國(guó)內(nèi)，隨著對(duì)新能源技術(shù)的重視程度不斷提高，眾多高校和科研機(jī)構(gòu)也加大了對(duì)PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的研究投入，在多個(gè)方面取得了顯著進(jìn)展。清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子設(shè)計(jì)，合成了具有特殊結(jié)構(gòu)的PEO衍生物，并將其與無(wú)機(jī)填料復(fù)合，制備出了高性能的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。這種電解質(zhì)不僅具有較高的離子電導(dǎo)率，還展現(xiàn)出良好的柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。在實(shí)際應(yīng)用中，基于該電解質(zhì)組裝的全固態(tài)鋰離子電池在室溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，在1C倍率下循環(huán)200次后，容量保持率高達(dá)90%。中國(guó)科學(xué)院的科研人員則聚焦于PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究。他們利用先進(jìn)的表征技術(shù)，如高分辨率透射電子顯微鏡（HRTEM）、核磁共振（NMR）等，深入探究了無(wú)機(jī)填料在PEO基體中的分散狀態(tài)、界面相互作用以及離子傳輸路徑等。通過(guò)這些研究，他們揭示了復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子傳輸機(jī)制，為進(jìn)一步優(yōu)化電解質(zhì)的性能提供了理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，他們通過(guò)調(diào)控?zé)o機(jī)填料的分散狀態(tài)和界面相互作用，制備出了具有高離子電導(dǎo)率和良好界面相容性的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。盡管國(guó)內(nèi)外在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的研究方面取得了豐碩的成果，但目前仍存在一些亟待解決的問(wèn)題。首先，雖然通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料等方法在一定程度上提高了PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率，但與液態(tài)電解質(zhì)相比，其室溫離子電導(dǎo)率仍然偏低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。其次，在電極/電解質(zhì)界面穩(wěn)定性方面，雖然已經(jīng)采取了多種措施來(lái)改善界面相容性，但在長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中，界面處仍會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，導(dǎo)致界面電阻增大，電池性能下降。此外，對(duì)于PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的大規(guī)模制備技術(shù)和成本控制方面的研究還相對(duì)較少，限制了其工業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。1.3研究目的與內(nèi)容本研究旨在深入探究用于鋰離子電池的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)系統(tǒng)研究，制備出高性能的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，提高其室溫離子電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度和界面穩(wěn)定性，為固態(tài)鋰離子電池的實(shí)際應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究?jī)?nèi)容如下：PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的制備與優(yōu)化：采用溶液澆鑄法、原位聚合法等不同制備方法，將PEO與多種無(wú)機(jī)填料（如納米二氧化硅、納米氧化鋁、鋰鑭鋯氧等）進(jìn)行復(fù)合，制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。系統(tǒng)研究無(wú)機(jī)填料的種類、粒徑、含量以及制備工藝參數(shù)（如溶液濃度、澆鑄溫度、干燥時(shí)間等）對(duì)電解質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律。通過(guò)優(yōu)化制備工藝和配方，獲得具有高離子電導(dǎo)率、良好機(jī)械性能和界面穩(wěn)定性的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。例如，在研究納米二氧化硅含量對(duì)電解質(zhì)性能的影響時(shí)，設(shè)置不同的納米二氧化硅添加量（如1%、3%、5%、7%、9%等），制備相應(yīng)的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)樣品，通過(guò)測(cè)試其離子電導(dǎo)率、機(jī)械強(qiáng)度等性能，確定最佳的納米二氧化硅含量。離子傳輸機(jī)制的深入研究：運(yùn)用先進(jìn)的表征技術(shù)，如交流阻抗譜（EIS）、核磁共振（NMR）、拉曼光譜等，深入研究PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中鋰離子的傳輸機(jī)制。分析無(wú)機(jī)填料與PEO基體之間的相互作用對(duì)鋰離子傳輸路徑、遷移速率和活化能的影響。建立離子傳輸模型，從分子層面揭示離子傳輸?shù)谋举|(zhì)，為進(jìn)一步提高電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率提供理論依據(jù)。例如，通過(guò)NMR技術(shù)研究鋰離子在PEO鏈段和無(wú)機(jī)填料界面處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析其與離子傳輸性能的關(guān)系。界面相容性與穩(wěn)定性的提升：研究PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極材料之間的界面相容性和穩(wěn)定性。采用表面修飾、界面緩沖層等方法，改善電解質(zhì)與電極之間的界面接觸，降低界面電阻，抑制界面副反應(yīng)的發(fā)生。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜（EIS）、掃描電子顯微鏡（SEM）、X射線光電子能譜（XPS）等手段，表征界面結(jié)構(gòu)和性能的變化，評(píng)估界面穩(wěn)定性對(duì)電池性能的影響。例如，在電解質(zhì)表面涂覆一層薄薄的鋰磷氧氮（LiPON）緩沖層，通過(guò)EIS測(cè)試涂覆前后電池的界面電阻，分析界面緩沖層對(duì)界面穩(wěn)定性的改善效果。全固態(tài)鋰離子電池的組裝與性能測(cè)試：以制備的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)為核心，組裝全固態(tài)鋰離子電池。測(cè)試電池的充放電性能、循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能等關(guān)鍵性能指標(biāo)。研究電池在不同溫度、電流密度等條件下的性能變化規(guī)律，分析電解質(zhì)性能與電池性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。例如，在不同溫度（如25℃、40℃、60℃等）下測(cè)試電池的充放電性能，分析溫度對(duì)電池性能的影響。二、PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)基礎(chǔ)2.1PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)簡(jiǎn)介PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)是一類新型的電解質(zhì)材料，在鋰離子電池領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力。其主要由聚氧化乙烯（PEO）作為聚合物基體，與鋰鹽以及無(wú)機(jī)填料復(fù)合而成。PEO是一種結(jié)晶性的高分子聚合物，具有獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)。其分子鏈由重復(fù)的-CH?-CH?-O-單元組成，這種結(jié)構(gòu)賦予了PEO良好的柔韌性和可加工性。同時(shí)，PEO分子鏈中的醚氧原子能夠與鋰鹽中的鋰離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，為鋰離子的傳輸提供了通道。鋰鹽在PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中起著至關(guān)重要的作用，它是提供鋰離子的關(guān)鍵來(lái)源。常見(jiàn)的鋰鹽包括高氯酸鋰（LiClO?）、六氟磷酸鋰（LiPF?）、雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰（LiTFSI）等。這些鋰鹽在PEO基體中解離出鋰離子，鋰離子在PEO分子鏈的作用下實(shí)現(xiàn)傳輸，從而完成電池的充放電過(guò)程。無(wú)機(jī)填料的加入是PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的重要特點(diǎn)。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)填料有納米二氧化硅（SiO?）、納米氧化鋁（Al?O?）、鋰鑭鋯氧（LLZO）等。這些無(wú)機(jī)填料具有不同的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，能夠與PEO基體產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，顯著改善電解質(zhì)的性能。例如，納米SiO?具有高比表面積和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效降低PEO的結(jié)晶度，提高離子電導(dǎo)率；LLZO則具有較高的離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，能夠增強(qiáng)電解質(zhì)的整體性能。與其他類型的電解質(zhì)相比，PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有顯著的差異。與傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)相比，它具有更高的安全性，不易燃、不易揮發(fā)，從根本上解決了液態(tài)電解質(zhì)漏液和燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。在能量密度方面，由于固態(tài)電解質(zhì)可以采用更薄的隔膜甚至無(wú)需隔膜，有望實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。與其他固態(tài)電解質(zhì)，如氧化物固態(tài)電解質(zhì)和硫化物固態(tài)電解質(zhì)相比，PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有更好的柔韌性和可加工性，能夠與電極材料實(shí)現(xiàn)良好的界面接觸，降低界面電阻。氧化物固態(tài)電解質(zhì)雖然具有較高的離子電導(dǎo)率和機(jī)械強(qiáng)度，但通常質(zhì)地堅(jiān)硬，與電極的界面相容性較差；硫化物固態(tài)電解質(zhì)雖然室溫離子電導(dǎo)率較高，但對(duì)水分敏感，制備和使用條件苛刻，且電化學(xué)窗口較窄。而PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在柔韌性、界面相容性和制備工藝等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，為其在鋰離子電池中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。2.2鋰離子電池對(duì)固態(tài)電解質(zhì)性能要求鋰離子電池的性能在很大程度上依賴于固態(tài)電解質(zhì)的性能表現(xiàn)，對(duì)固態(tài)電解質(zhì)有著多方面嚴(yán)格的性能要求。這些性能要求直接關(guān)系到電池能否高效、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行，具體如下：高離子電導(dǎo)率：離子電導(dǎo)率是衡量固態(tài)電解質(zhì)性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。在鋰離子電池中，鋰離子需要通過(guò)電解質(zhì)在正負(fù)極之間快速傳輸，以實(shí)現(xiàn)電池的充放電過(guò)程。高離子電導(dǎo)率能夠確保鋰離子在電解質(zhì)中快速遷移，從而降低電池的內(nèi)阻，提高電池的充放電效率和功率密度。一般來(lái)說(shuō)，室溫下固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率應(yīng)達(dá)到10??S/cm以上，才能滿足實(shí)際應(yīng)用的基本需求。例如，對(duì)于電動(dòng)汽車用鋰離子電池，高離子電導(dǎo)率可使電池在短時(shí)間內(nèi)快速充電和放電，滿足車輛的加速和續(xù)航要求。如果固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率過(guò)低，鋰離子傳輸速度緩慢，電池的充放電時(shí)間將大幅延長(zhǎng)，功率輸出也會(huì)受到限制，無(wú)法滿足實(shí)際使用場(chǎng)景的需求。高化學(xué)穩(wěn)定性：固態(tài)電解質(zhì)需要在電池的工作環(huán)境中保持良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不與正負(fù)極材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這是因?yàn)檎?fù)極材料在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其表面化學(xué)性質(zhì)較為活潑。如果固態(tài)電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性不佳，與正負(fù)極材料發(fā)生反應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致界面處形成不穩(wěn)定的化合物，增加界面電阻，阻礙鋰離子的傳輸，進(jìn)而降低電池的性能和循環(huán)壽命。例如，在鋰金屬負(fù)極與固態(tài)電解質(zhì)的界面處，如果電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性差，可能會(huì)與鋰金屬發(fā)生反應(yīng)，生成鋰的化合物，破壞界面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致電池容量快速衰減。高鋰離子遷移數(shù)：鋰離子遷移數(shù)反映了鋰離子在電解質(zhì)中傳輸時(shí)的貢獻(xiàn)程度。較高的鋰離子遷移數(shù)意味著在電場(chǎng)作用下，主要是鋰離子在傳輸電流，而非其他離子或電子。這有助于減少電池極化現(xiàn)象，提高電池的充放電效率和能量利用率。當(dāng)鋰離子遷移數(shù)較低時(shí)，其他離子或電子也參與電流傳輸，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部產(chǎn)生額外的電阻和熱量，降低電池的性能。寬電化學(xué)窗口：電化學(xué)窗口是指固態(tài)電解質(zhì)在不發(fā)生氧化還原分解的情況下所能承受的電壓范圍。寬電化學(xué)窗口能夠使電池在更高的電壓下工作，從而提高電池的能量密度。隨著對(duì)鋰離子電池能量密度要求的不斷提高，需要使用高電壓的正負(fù)極材料。這就要求固態(tài)電解質(zhì)具有足夠?qū)挼碾娀瘜W(xué)窗口，以適應(yīng)高電壓的工作環(huán)境。如果電化學(xué)窗口較窄，在高電壓下電解質(zhì)會(huì)發(fā)生分解，產(chǎn)生氣體或其他副產(chǎn)物，導(dǎo)致電池性能惡化，甚至引發(fā)安全問(wèn)題。良好的機(jī)械性能：固態(tài)電解質(zhì)需要具備一定的機(jī)械強(qiáng)度和柔韌性。足夠的機(jī)械強(qiáng)度可以使其在電池組裝和使用過(guò)程中保持結(jié)構(gòu)完整性，防止因外力作用而破裂或損壞。良好的柔韌性則有助于其與正負(fù)極材料緊密貼合，減少界面空隙，降低界面電阻。此外，具有一定機(jī)械性能的固態(tài)電解質(zhì)還能夠抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。鋰枝晶是在鋰金屬負(fù)極充電過(guò)程中，由于鋰離子不均勻沉積而形成的樹枝狀晶體。鋰枝晶的生長(zhǎng)可能會(huì)刺穿電解質(zhì)，導(dǎo)致電池短路，引發(fā)安全事故。而機(jī)械性能良好的固態(tài)電解質(zhì)可以對(duì)鋰枝晶的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的阻礙作用，提高電池的安全性。高的熱穩(wěn)定性：在鋰離子電池的使用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，特別是在高倍率充放電或高溫環(huán)境下，電池內(nèi)部溫度會(huì)升高。因此，固態(tài)電解質(zhì)需要具有高的熱穩(wěn)定性，在不同的溫度條件下都能保持穩(wěn)定的性能。如果熱穩(wěn)定性不足，在高溫下電解質(zhì)可能會(huì)發(fā)生分解、相變等現(xiàn)象，導(dǎo)致離子電導(dǎo)率下降、化學(xué)穩(wěn)定性變差，甚至引發(fā)電池?zé)崾Э?，造成?yán)重的安全事故。2.3PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)特點(diǎn)PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)憑借獨(dú)特的結(jié)構(gòu)與組成，展現(xiàn)出一系列優(yōu)勢(shì)，但也存在一些不可忽視的缺點(diǎn)。這些特點(diǎn)對(duì)于其在鋰離子電池中的應(yīng)用具有重要影響，具體如下：優(yōu)勢(shì)：高柔性與良好加工性：PEO本身是一種高分子聚合物，分子鏈具有較高的柔韌性。這使得PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具備良好的柔韌性，能夠適應(yīng)不同形狀和尺寸的電池設(shè)計(jì)需求。在電池組裝過(guò)程中，易于加工成各種形狀的薄膜或其他形式，與電極材料實(shí)現(xiàn)緊密貼合，有效降低界面電阻。例如，在制備柔性鋰離子電池時(shí)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠與柔性電極材料完美結(jié)合，保證電池在彎曲、折疊等情況下仍能正常工作，為柔性電子設(shè)備的發(fā)展提供了有力支持。優(yōu)異的鋰鹽溶劑化能力：PEO分子鏈中的醚氧原子能夠與鋰鹽中的鋰離子形成強(qiáng)的絡(luò)合作用，這種溶劑化能力有助于鋰鹽在電解質(zhì)中的解離，為鋰離子的傳輸提供更多的自由離子。通過(guò)與鋰離子的絡(luò)合，PEO分子鏈還可以為鋰離子的遷移提供通道，促進(jìn)鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸。如在以LiTFSI為鋰鹽的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)體系中，PEO分子鏈能夠有效地溶劑化LiTFSI，使得鋰離子能夠在其中快速遷移，從而提高電池的充放電性能。良好的界面相容性：PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極材料之間具有較好的界面相容性。其柔性的分子鏈能夠與電極材料表面充分接觸，形成緊密的界面，減少界面空隙和接觸電阻。這種良好的界面相容性有助于抑制界面副反應(yīng)的發(fā)生，提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在與鋰金屬負(fù)極搭配時(shí)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠在鋰金屬表面形成相對(duì)穩(wěn)定的界面層，有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)電池的使用壽命。安全性高：與傳統(tǒng)的液態(tài)電解質(zhì)相比，PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)不易燃、不易揮發(fā)，從根本上解決了液態(tài)電解質(zhì)漏液和燃燒的安全隱患。在電池過(guò)充、過(guò)熱或受到外力沖擊時(shí)，其穩(wěn)定性更高，能夠有效降低電池發(fā)生安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。例如，在一些高溫環(huán)境或?yàn)E用條件下，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠保持穩(wěn)定的性能，不會(huì)像液態(tài)電解質(zhì)那樣引發(fā)火災(zāi)或爆炸等嚴(yán)重事故。缺點(diǎn)：結(jié)晶性導(dǎo)致室溫電導(dǎo)率低：PEO是結(jié)晶性聚合物，其結(jié)晶度較高，這會(huì)限制鋰離子在其中的傳輸。在結(jié)晶區(qū)域，分子鏈排列緊密且規(guī)整，鋰離子難以在其中擴(kuò)散，導(dǎo)致室溫下離子電導(dǎo)率較低，通常在10??-10??S/cm數(shù)量級(jí)，難以滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)高離子電導(dǎo)率的要求。雖然通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料等方法可以在一定程度上降低PEO的結(jié)晶度，提高離子電導(dǎo)率，但與液態(tài)電解質(zhì)相比，其室溫離子電導(dǎo)率仍有較大差距。機(jī)械強(qiáng)度有限：盡管具有柔韌性，但PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)有限。在電池的充放電過(guò)程中，特別是在高電流密度或長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)條件下，可能會(huì)受到一定的應(yīng)力作用。其有限的機(jī)械強(qiáng)度可能導(dǎo)致電解質(zhì)結(jié)構(gòu)的破壞，影響電池的性能和穩(wěn)定性。例如，在高倍率充放電時(shí)，電池內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力可能會(huì)使PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜出現(xiàn)裂紋或破損，從而降低電池的循環(huán)壽命。電化學(xué)窗口較窄：PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)窗口相對(duì)較窄，一般在3.8-4.0V左右。這限制了其與高電壓正極材料的匹配使用，無(wú)法充分發(fā)揮高電壓正極材料的優(yōu)勢(shì)，從而限制了電池能量密度的進(jìn)一步提升。當(dāng)與電壓高于其電化學(xué)窗口的正極材料搭配時(shí)，電解質(zhì)可能會(huì)在高電壓下發(fā)生氧化分解，導(dǎo)致電池性能惡化。三、PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)制備方法3.1溶液澆筑法溶液澆筑法是制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)常用的方法之一。其操作流程相對(duì)較為簡(jiǎn)單，首先將PEO、鋰鹽以及無(wú)機(jī)填料按一定比例溶解在適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)溶劑中，形成均勻的混合溶液。例如，可將PEO、LiTFSI和納米SiO?溶解在乙腈中。在溶解過(guò)程中，通常需要攪拌并適當(dāng)加熱，以促進(jìn)各組分充分溶解和混合，確保體系的均勻性。攪拌速度一般控制在200-500r/min，加熱溫度在40-60℃左右。隨后，將所得的混合溶液緩慢倒入特定的模具中，如聚四氟乙烯模具。模具的形狀和尺寸可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，以制備不同形狀和尺寸的電解質(zhì)薄膜。接著，將裝有混合溶液的模具放置在通風(fēng)良好的環(huán)境中，使有機(jī)溶劑緩慢揮發(fā)。揮發(fā)時(shí)間根據(jù)溶液的量和環(huán)境條件而定，一般需要12-24小時(shí)。為了加快溶劑揮發(fā)速度和提高電解質(zhì)的質(zhì)量，也可采用真空干燥的方式，在一定溫度和真空度下進(jìn)一步去除殘留的溶劑。真空度一般控制在10-100Pa，干燥溫度在50-80℃，干燥時(shí)間為6-12小時(shí)，最終得到PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜。這種制備方法具有諸多優(yōu)點(diǎn)。從設(shè)備和工藝角度來(lái)看，其所需設(shè)備簡(jiǎn)單，工藝操作容易掌握，不需要復(fù)雜的設(shè)備和高昂的成本投入，這使得大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)都能夠進(jìn)行相關(guān)的制備工作。在樣品質(zhì)量方面，通過(guò)溶液澆筑法能夠制備出均勻性較好的電解質(zhì)薄膜。在溶液狀態(tài)下，各組分能夠充分混合，在溶劑揮發(fā)和干燥過(guò)程中，形成相對(duì)均勻的結(jié)構(gòu)，有利于離子的傳輸和電解質(zhì)性能的穩(wěn)定。此外，溶液澆筑法具有較強(qiáng)的靈活性，能夠根據(jù)不同的需求，通過(guò)調(diào)整溶液中各組分的比例、選擇不同的模具等方式，制備出不同厚度、形狀和尺寸的電解質(zhì)薄膜，滿足各種電池設(shè)計(jì)的要求。然而，溶液澆筑法也存在一些不足之處。該方法制備過(guò)程較為耗時(shí)，從溶液的配制到最終得到電解質(zhì)薄膜，需要經(jīng)歷多個(gè)步驟，每個(gè)步驟都需要一定的時(shí)間，這在一定程度上限制了其生產(chǎn)效率，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。溶液澆筑法需要使用大量的有機(jī)溶劑，如乙腈、N-甲基吡咯烷酮等。這些有機(jī)溶劑大多具有揮發(fā)性和毒性，在制備過(guò)程中會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)也可能對(duì)操作人員的健康產(chǎn)生危害。在揮發(fā)和干燥過(guò)程中，有機(jī)溶劑的殘留可能會(huì)影響電解質(zhì)的性能，如降低離子電導(dǎo)率、影響電解質(zhì)與電極的界面相容性等。在實(shí)際研究中，許多科研團(tuán)隊(duì)采用溶液澆筑法制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)并取得了一定成果。某研究團(tuán)隊(duì)采用溶液澆筑法制備了PEO/LiTFSI/Al?O?復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。他們將PEO、LiTFSI和納米Al?O?溶解在乙腈中，通過(guò)優(yōu)化Al?O?的添加量和制備工藝參數(shù)，得到了性能良好的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Al?O?的添加量為5%時(shí)，電解質(zhì)在60℃下的離子電導(dǎo)率達(dá)到了1.2×10??S/cm，相比未添加Al?O?的PEO基電解質(zhì)有了顯著提高。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，采用溶液澆筑法制備的電解質(zhì)薄膜結(jié)構(gòu)均勻，Al?O?粒子在PEO基體中分散較為均勻，這為離子的傳輸提供了更多的通道，從而提高了離子電導(dǎo)率。該研究成果表明，溶液澆筑法在制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)方面具有一定的可行性和有效性，能夠通過(guò)合理的配方設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化，制備出性能優(yōu)良的電解質(zhì)材料。3.2熔融澆筑法熔融澆筑法是制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的另一種重要方法。其工藝過(guò)程相對(duì)復(fù)雜且對(duì)條件要求較為嚴(yán)格。首先，需將PEO、鋰鹽和無(wú)機(jī)填料按預(yù)定比例充分混合。由于該過(guò)程在高溫下進(jìn)行，為避免各組分在高溫下發(fā)生氧化等不良反應(yīng)，通常在惰性氣體氛圍中，如氬氣環(huán)境下開(kāi)展。隨后，將混合物料加熱至PEO的熔點(diǎn)以上，一般PEO的熔點(diǎn)在60-70℃左右，此時(shí)物料呈熔融狀態(tài)。在熔融狀態(tài)下，利用攪拌等方式使各組分充分均勻分散，攪拌速度通常控制在300-800r/min，以確保體系的均勻性。接著，將熔融的混合物倒入特定模具中，模具需提前預(yù)熱至與熔融物料相近溫度，以防止物料在倒入模具時(shí)迅速冷卻，影響成型效果。倒入模具后，對(duì)模具施加一定壓力，壓力范圍一般在0.5-2MPa，使物料在模具內(nèi)填充緊密，排出可能存在的氣泡，提高電解質(zhì)的致密度。然后，通過(guò)緩慢冷卻的方式，使熔融物料在模具內(nèi)逐漸固化成型，冷卻速度一般控制在1-5℃/min。最后，脫模得到所需的PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。熔融澆筑法對(duì)電解質(zhì)性能有著多方面的影響。從微觀結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，高溫熔融和壓力作用能夠使無(wú)機(jī)填料在PEO基體中分散更為均勻，減少團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，形成更為均勻穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。這種均勻的微觀結(jié)構(gòu)有利于鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸，為離子提供更多的傳輸通道，從而提高離子電導(dǎo)率。在機(jī)械性能方面，經(jīng)過(guò)高溫熔融和壓力處理后，電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度得到顯著提升。這是因?yàn)樵诟邷睾蛪毫ψ饔孟拢琍EO分子鏈之間的相互作用增強(qiáng)，分子鏈排列更加緊密有序，使得電解質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，能夠承受更大的外力作用。然而，該方法也存在一些弊端。高溫熔融過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致鋰鹽的分解或揮發(fā)，從而改變電解質(zhì)中鋰鹽的實(shí)際含量和化學(xué)組成，影響電解質(zhì)的離子傳輸性能和化學(xué)穩(wěn)定性。高溫操作需要消耗大量的能量，增加了制備成本，且對(duì)設(shè)備的耐高溫性能要求較高，設(shè)備投資較大。在實(shí)際研究中，有科研團(tuán)隊(duì)采用熔融澆筑法制備了PEO/LiClO?/LLZO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。他們?cè)跉鍤獗Ｗo(hù)下，將PEO、LiClO?和LLZO混合后加熱至70℃，在500r/min的攪拌速度下充分混合均勻。然后將熔融物料倒入預(yù)熱至70℃的模具中，施加1MPa的壓力，以2℃/min的冷卻速度使其緩慢冷卻固化。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)這種方法制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，LLZO粒子在PEO基體中分散均勻，電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度相比溶液澆筑法制備的樣品有了明顯提高。在室溫下，該電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率達(dá)到了5×10??S/cm，雖然離子電導(dǎo)率相對(duì)溶液澆筑法制備的某些樣品可能較低，但在機(jī)械性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中具有一定優(yōu)勢(shì)。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了不同冷卻速度對(duì)電解質(zhì)性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)冷卻速度過(guò)快時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力集中，出現(xiàn)裂紋等缺陷，從而降低電解質(zhì)的性能；而冷卻速度過(guò)慢，則會(huì)延長(zhǎng)制備周期，降低生產(chǎn)效率。通過(guò)優(yōu)化冷卻速度，該團(tuán)隊(duì)制備的PEO/LiClO?/LLZO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在機(jī)械性能和離子電導(dǎo)率之間取得了較好的平衡，為其在實(shí)際電池中的應(yīng)用提供了一定的參考。3.3原位聚合法原位聚合法是一種獨(dú)特且具有創(chuàng)新性的制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的方法。其原理是在含有鋰鹽和無(wú)機(jī)填料的反應(yīng)體系中，通過(guò)引發(fā)劑引發(fā)單體發(fā)生聚合反應(yīng)，使聚合物在原位生成并與無(wú)機(jī)填料充分復(fù)合，從而直接形成所需的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。該方法的實(shí)施步驟較為復(fù)雜，需要精確控制反應(yīng)條件。首先，將PEO單體、鋰鹽、無(wú)機(jī)填料以及引發(fā)劑等按一定比例溶解在合適的溶劑中，形成均勻的混合溶液。例如，可將環(huán)氧乙烷單體、LiTFSI、納米Al?O?和引發(fā)劑偶氮二異丁腈（AIBN）溶解在甲苯中。在溶解過(guò)程中，需要充分?jǐn)嚢璨⑦m當(dāng)加熱，以促進(jìn)各組分的溶解和混合均勻，攪拌速度一般控制在300-600r/min，加熱溫度在50-70℃左右。接著，將混合溶液倒入模具中，然后通過(guò)加熱、光照或添加催化劑等方式引發(fā)聚合反應(yīng)。若采用加熱引發(fā)，溫度通常控制在引發(fā)劑的分解溫度附近，如AIBN的分解溫度約為65℃；若采用光照引發(fā)，則需要選擇合適波長(zhǎng)的光源和光照時(shí)間。在聚合反應(yīng)過(guò)程中，PEO單體逐漸聚合成高分子鏈，并與鋰鹽和無(wú)機(jī)填料相互作用，形成復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)。反應(yīng)時(shí)間根據(jù)體系的組成和反應(yīng)條件而定，一般需要數(shù)小時(shí)至數(shù)十小時(shí)不等。原位聚合法在制備特殊結(jié)構(gòu)電解質(zhì)方面展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。從微觀結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，該方法能夠使無(wú)機(jī)填料在聚合物基體中實(shí)現(xiàn)高度均勻的分散。在聚合反應(yīng)過(guò)程中，無(wú)機(jī)填料表面會(huì)吸附單體分子，隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行，無(wú)機(jī)填料被聚合物鏈緊密包裹，從而有效避免了團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生，形成均勻穩(wěn)定的微觀結(jié)構(gòu)。這種均勻的微觀結(jié)構(gòu)為鋰離子的傳輸提供了更多的通道，有利于提高離子電導(dǎo)率。在制備具有特殊界面結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)時(shí)，原位聚合法也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在聚合反應(yīng)體系中添加特定的界面改性劑或功能單體，可以在無(wú)機(jī)填料與聚合物基體之間形成特殊的界面層。該界面層能夠增強(qiáng)兩者之間的相互作用，改善界面相容性，同時(shí)還可能具有促進(jìn)離子傳輸?shù)墓δ?。許多科研團(tuán)隊(duì)采用原位聚合法制備PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)并取得了一系列成果。某研究團(tuán)隊(duì)采用原位聚合法制備了PEO/LiTFSI/TiO?復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。他們將環(huán)氧乙烷單體、LiTFSI、鈦酸四丁酯（TiO?前驅(qū)體）和AIBN溶解在甲苯中，通過(guò)控制鈦酸四丁酯的水解和縮聚反應(yīng)，使其在原位生成TiO?粒子并與PEO聚合物復(fù)合。研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)原位聚合法制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，TiO?粒子在PEO基體中分散均勻，平均粒徑約為50nm。該電解質(zhì)在60℃下的離子電導(dǎo)率達(dá)到了1.5×10??S/cm，相比通過(guò)其他方法制備的復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)有了明顯提高。通過(guò)傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析表明，TiO?粒子與PEO分子鏈之間存在較強(qiáng)的相互作用，這種相互作用不僅增強(qiáng)了復(fù)合材料的穩(wěn)定性，還促進(jìn)了鋰離子的傳輸。該研究成果表明，原位聚合法在制備高性能PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)方面具有巨大的潛力，能夠通過(guò)精確控制反應(yīng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)電解質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和性能的有效調(diào)控。四、PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)性能研究4.1離子傳輸性能4.1.1離子傳輸機(jī)制在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，離子傳輸涉及多種復(fù)雜機(jī)制，主要包括擴(kuò)散機(jī)制與溶劑化機(jī)制。從擴(kuò)散機(jī)制來(lái)看，離子在電解質(zhì)中的傳輸類似于在晶格或無(wú)序結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散過(guò)程。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，PEO分子鏈的運(yùn)動(dòng)為離子提供了擴(kuò)散通道。當(dāng)溫度升高時(shí)，PEO分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇，分子鏈間的自由體積增大，離子更容易在其中擴(kuò)散。離子通過(guò)在這些由分子鏈運(yùn)動(dòng)形成的間隙或通道中跳躍來(lái)實(shí)現(xiàn)傳輸。以鋰離子為例，其在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中的擴(kuò)散可類比于在晶格中通過(guò)空位進(jìn)行的擴(kuò)散。鋰離子從一個(gè)由PEO分子鏈包圍形成的間隙位置跳躍到相鄰的間隙位置，從而完成在電解質(zhì)中的遷移。在這個(gè)過(guò)程中，離子的擴(kuò)散速率受到多種因素的影響，如PEO分子鏈的結(jié)晶度、分子鏈的柔順性以及離子與分子鏈之間的相互作用等。如果PEO分子鏈的結(jié)晶度較高，結(jié)晶區(qū)域內(nèi)分子鏈排列緊密，離子擴(kuò)散的通道減少，擴(kuò)散速率就會(huì)降低；而分子鏈的柔順性越好，越容易運(yùn)動(dòng)，就越有利于離子的擴(kuò)散。溶劑化機(jī)制在離子傳輸中也起著關(guān)鍵作用。PEO分子鏈中的醚氧原子具有較強(qiáng)的電負(fù)性，能夠與鋰鹽中的鋰離子發(fā)生絡(luò)合作用，形成溶劑化結(jié)構(gòu)。這種溶劑化結(jié)構(gòu)對(duì)離子的傳輸有著重要影響。在絡(luò)合過(guò)程中，鋰離子被醚氧原子包圍，形成相對(duì)穩(wěn)定的溶劑化離子對(duì)。隨著PEO分子鏈的運(yùn)動(dòng)，溶劑化離子對(duì)中的鋰離子會(huì)發(fā)生解離和重新絡(luò)合的過(guò)程。當(dāng)分子鏈運(yùn)動(dòng)到一定程度時(shí)，鋰離子會(huì)從一個(gè)溶劑化離子對(duì)中解離出來(lái)，然后與周圍的醚氧原子重新絡(luò)合，形成新的溶劑化離子對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)鋰離子的傳輸。在以LiTFSI為鋰鹽的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，Li?會(huì)與PEO分子鏈中的醚氧原子形成溶劑化結(jié)構(gòu)。在電場(chǎng)作用下，Li?會(huì)在溶劑化結(jié)構(gòu)中發(fā)生遷移，從一個(gè)醚氧原子的配位環(huán)境轉(zhuǎn)移到另一個(gè)醚氧原子的配位環(huán)境，完成在電解質(zhì)中的傳輸。溶劑化機(jī)制不僅影響離子的傳輸速率，還與離子的遷移數(shù)密切相關(guān)。如果溶劑化作用過(guò)強(qiáng)，鋰離子與醚氧原子的絡(luò)合過(guò)于緊密，可能會(huì)導(dǎo)致離子的遷移數(shù)降低，影響電池的充放電效率。因此，在設(shè)計(jì)和優(yōu)化PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)時(shí)，需要綜合考慮擴(kuò)散機(jī)制和溶劑化機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)高效的離子傳輸。4.1.2影響離子傳輸性能的因素鋰鹽種類對(duì)PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子傳輸性能有著顯著影響。不同的鋰鹽在PEO基體中的解離程度、與PEO分子鏈的相互作用以及離子的遷移特性都有所不同。以常見(jiàn)的鋰鹽LiTFSI、LiPF?和LiClO?為例，研究表明，LiTFSI由于其陰離子結(jié)構(gòu)的特殊性，在PEO基體中具有較高的解離度。其陰離子（TFSI?）體積較大，電荷分布較為分散，與鋰離子之間的相互作用相對(duì)較弱，使得鋰離子更容易解離出來(lái)，參與離子傳輸過(guò)程。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，以LiTFSI為鋰鹽的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率通常高于以LiPF?和LiClO?為鋰鹽的體系。在60℃時(shí)，PEO/LiTFSI復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率可達(dá)10??S/cm數(shù)量級(jí)，而PEO/LiPF?和PEO/LiClO?復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相對(duì)較低。這是因?yàn)長(zhǎng)iPF?在高溫下穩(wěn)定性較差，容易發(fā)生分解，導(dǎo)致鋰鹽濃度變化，影響離子傳輸；LiClO?雖然具有較高的離子遷移數(shù)，但由于其氧化性較強(qiáng)，存在一定的安全隱患，且與PEO分子鏈的相互作用相對(duì)較弱，使得離子傳輸效率不如LiTFSI。無(wú)機(jī)填料的添加是改善PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)離子傳輸性能的重要手段，但不同種類、粒徑和含量的無(wú)機(jī)填料對(duì)離子傳輸性能的影響各異。以納米二氧化硅（SiO?）為例，當(dāng)向PEO基電解質(zhì)中添加適量的納米SiO?時(shí)，SiO?粒子能夠與PEO分子鏈發(fā)生相互作用，降低PEO的結(jié)晶度，增加非晶相的含量。非晶相區(qū)域分子鏈運(yùn)動(dòng)較為自由，為離子傳輸提供了更多的通道，從而提高離子電導(dǎo)率。當(dāng)納米SiO?的添加量為5%時(shí)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比未添加時(shí)可提高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)榧{米SiO?粒子表面存在大量的羥基（-OH），這些羥基能夠與PEO分子鏈中的醚氧原子形成氫鍵作用，阻礙PEO分子鏈的結(jié)晶，同時(shí)為離子傳輸提供了額外的吸附和傳輸位點(diǎn)。然而，當(dāng)納米SiO?的添加量過(guò)高時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致粒子團(tuán)聚，形成大的聚集體，反而減少了離子傳輸通道，降低離子電導(dǎo)率。當(dāng)納米SiO?添加量達(dá)到10%時(shí)，團(tuán)聚現(xiàn)象明顯，離子電導(dǎo)率出現(xiàn)下降趨勢(shì)。再如鋰鑭鋯氧（LLZO）作為一種具有高離子電導(dǎo)率的無(wú)機(jī)填料，添加到PEO基電解質(zhì)中時(shí)，不僅可以降低PEO的結(jié)晶度，還能通過(guò)自身的離子傳導(dǎo)特性為鋰離子提供額外的傳輸路徑。LLZO具有立方相結(jié)構(gòu)，其中的鋰離子可以在晶格中快速遷移。當(dāng)LLZO與PEO復(fù)合時(shí)，其表面與PEO分子鏈相互作用，形成界面區(qū)域。在這個(gè)界面區(qū)域，鋰離子可以在LLZO和PEO之間進(jìn)行傳輸，從而提高整個(gè)電解質(zhì)體系的離子傳輸性能。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LLZO的添加量為30%時(shí)，PEO/LLZO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在室溫下的離子電導(dǎo)率可達(dá)到10??S/cm左右，相比純PEO基電解質(zhì)有了顯著提升。此外，無(wú)機(jī)填料的粒徑也會(huì)影響離子傳輸性能。較小粒徑的無(wú)機(jī)填料具有更大的比表面積，能夠與PEO分子鏈更好地接觸和相互作用，更有效地降低PEO的結(jié)晶度，提高離子電導(dǎo)率。但過(guò)小的粒徑可能會(huì)增加制備難度和成本，且容易發(fā)生團(tuán)聚，需要綜合考慮各種因素來(lái)選擇合適的粒徑。4.2界面性能4.2.1與電極的界面相容性PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極電極的界面相容性對(duì)電池性能有著深遠(yuǎn)影響。在實(shí)際應(yīng)用中，界面接觸不良是一個(gè)常見(jiàn)且亟待解決的問(wèn)題。從微觀角度來(lái)看，由于PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與電極材料的物理和化學(xué)性質(zhì)存在差異，在兩者接觸時(shí)，難以形成緊密且均勻的界面。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極接觸時(shí)，鋰金屬表面的高活性與PEO基電解質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定性之間存在矛盾。鋰金屬在充放電過(guò)程中會(huì)發(fā)生體積變化，這種體積變化容易導(dǎo)致電極與電解質(zhì)之間的界面脫離，形成空隙。這些空隙的存在會(huì)增加離子傳輸?shù)淖枇?，使得鋰離子在界面處的傳輸變得困難，從而導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。從電化學(xué)性能方面來(lái)看，界面接觸不良會(huì)顯著降低電池的充放電效率。在充電過(guò)程中，鋰離子需要從正極通過(guò)電解質(zhì)傳輸?shù)截?fù)極，如果界面接觸不良，鋰離子傳輸受阻，會(huì)導(dǎo)致電池充電時(shí)間延長(zhǎng)，且充電容量無(wú)法達(dá)到理論值。在放電過(guò)程中，同樣會(huì)因?yàn)榻缑娼佑|不良，使得電池的放電容量降低，放電平臺(tái)不穩(wěn)定。為解決界面接觸不良的問(wèn)題，眾多科研人員進(jìn)行了大量研究，提出了多種有效的解決方法。其中，表面改性是一種常用且有效的策略。對(duì)于PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，可以通過(guò)在其表面引入特定的官能團(tuán)或物質(zhì)，來(lái)改善與電極的相容性。在PEO基電解質(zhì)表面接枝含有羧基（-COOH）或氨基（-NH?）的聚合物鏈。這些官能團(tuán)具有較強(qiáng)的親水性和反應(yīng)活性，能夠與電極表面的原子或基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵或較強(qiáng)的物理吸附作用。當(dāng)PEO基電解質(zhì)表面接枝羧基后，羧基可以與鋰金屬負(fù)極表面的鋰原子發(fā)生反應(yīng)，形成鋰羧酸鹽，從而增強(qiáng)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極之間的界面結(jié)合力，改善界面接觸。通過(guò)這種表面改性方法，能夠有效減少界面空隙的形成，降低離子傳輸阻力，提高電池的充放電效率和循環(huán)穩(wěn)定性。制備緩沖層也是改善界面相容性的重要手段。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與電極之間引入一層緩沖層，該緩沖層可以起到緩解界面應(yīng)力、促進(jìn)離子傳輸?shù)淖饔?。常用的緩沖層材料有鋰磷氧氮（LiPON）、聚偏氟乙烯（PVDF）等。以LiPON作為緩沖層為例，LiPON具有較高的離子電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性。將LiPON緩沖層制備在PEO基電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極之間，LiPON能夠在兩者之間形成一個(gè)過(guò)渡區(qū)域。在這個(gè)過(guò)渡區(qū)域，LiPON可以與PEO基電解質(zhì)和鋰金屬負(fù)極分別發(fā)生相互作用，一方面，它能夠與PEO基電解質(zhì)中的鋰鹽和PEO分子鏈相互作用，促進(jìn)鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸；另一方面，它能夠與鋰金屬負(fù)極形成穩(wěn)定的界面，抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。通過(guò)引入LiPON緩沖層，電池的界面電阻顯著降低，循環(huán)穩(wěn)定性得到明顯提升。在循環(huán)200次后，電池的容量保持率相比未引入緩沖層時(shí)提高了20%以上。4.2.2界面穩(wěn)定性界面穩(wěn)定性對(duì)電池循環(huán)性能有著至關(guān)重要的影響。在電池的充放電過(guò)程中，電極/電解質(zhì)界面處會(huì)發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，如果界面穩(wěn)定性不佳，這些變化會(huì)導(dǎo)致界面電阻逐漸增大，電池容量不斷衰減，最終使電池失去使用價(jià)值。在鋰離子電池的充放電過(guò)程中，正極材料會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，其表面化學(xué)性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變。如果PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與正極之間的界面穩(wěn)定性不好，正極表面的活性物質(zhì)可能會(huì)與電解質(zhì)發(fā)生副反應(yīng)，形成一層不穩(wěn)定的界面膜。這層界面膜的電阻較大，會(huì)阻礙鋰離子的傳輸，使得電池在充放電過(guò)程中的極化現(xiàn)象加劇，電池的充放電效率降低，循環(huán)壽命縮短。為了改善界面穩(wěn)定性，科研人員提出了多種策略，表面修飾和添加界面劑是其中較為有效的方法。表面修飾可以通過(guò)物理或化學(xué)方法對(duì)電極或電解質(zhì)表面進(jìn)行處理，改變其表面性質(zhì)，從而增強(qiáng)界面穩(wěn)定性。對(duì)鋰金屬負(fù)極進(jìn)行表面修飾，在其表面涂覆一層納米級(jí)的氧化鋁（Al?O?）薄膜。Al?O?具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，能夠在鋰金屬負(fù)極表面形成一層保護(hù)膜。這層保護(hù)膜可以阻止鋰金屬與PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)直接接觸，減少副反應(yīng)的發(fā)生。Al?O?薄膜還能夠均勻化鋰離子的沉積，抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)鋰金屬負(fù)極進(jìn)行Al?O?表面修飾，電池的循環(huán)穩(wěn)定性得到了顯著提高。在1C倍率下循環(huán)500次后，電池的容量保持率仍能達(dá)到85%以上，而未修飾的電池容量保持率僅為60%左右。添加界面劑也是改善界面穩(wěn)定性的有效手段。界面劑通常是一些具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的化合物，能夠在電極/電解質(zhì)界面處發(fā)揮作用，增強(qiáng)界面的穩(wěn)定性。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中添加一種含有鋰鹽絡(luò)合劑的界面劑。這種界面劑能夠與鋰鹽發(fā)生絡(luò)合作用，形成穩(wěn)定的絡(luò)合物。在電極/電解質(zhì)界面處，該絡(luò)合物可以調(diào)節(jié)鋰離子的濃度和分布，促進(jìn)鋰離子的均勻傳輸。界面劑還能夠與電極表面的活性物質(zhì)發(fā)生相互作用，形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵或物理吸附層，從而增強(qiáng)界面的穩(wěn)定性。通過(guò)添加這種界面劑，電池的界面電阻降低了30%以上，循環(huán)穩(wěn)定性得到了明顯提升。在高倍率充放電條件下，電池的容量保持率也有顯著提高。4.3機(jī)械性能機(jī)械性能在電解質(zhì)的實(shí)際應(yīng)用中起著舉足輕重的作用，直接關(guān)系到電池的性能和使用壽命。在電池的組裝過(guò)程中，電解質(zhì)需要承受一定的外力作用，如擠壓、拉伸等，如果機(jī)械性能不佳，容易發(fā)生破裂、變形等問(wèn)題，影響電池的正常組裝和結(jié)構(gòu)完整性。在電池的充放電過(guò)程中，由于電極體積的變化以及內(nèi)部應(yīng)力的產(chǎn)生，電解質(zhì)會(huì)受到周期性的應(yīng)力作用。如果機(jī)械強(qiáng)度不足，電解質(zhì)可能會(huì)出現(xiàn)裂紋甚至斷裂，導(dǎo)致離子傳輸通道被破壞，電池內(nèi)阻增大，充放電效率降低，循環(huán)壽命縮短。當(dāng)電解質(zhì)出現(xiàn)裂紋時(shí)，鋰離子在傳輸過(guò)程中會(huì)遇到阻礙，導(dǎo)致電池極化現(xiàn)象加劇，容量衰減加快。機(jī)械性能還與電池的安全性密切相關(guān)。具有良好機(jī)械性能的電解質(zhì)能夠更好地抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，降低電池短路的風(fēng)險(xiǎn)，提高電池的安全性。為了提高PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械性能，科研人員進(jìn)行了大量研究，提出了多種有效的方法。添加增強(qiáng)材料是一種常用且有效的策略。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中添加無(wú)機(jī)納米粒子，如納米二氧化硅（SiO?）、納米氧化鋁（Al?O?）等，能夠顯著增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度。這些無(wú)機(jī)納米粒子具有較高的硬度和模量，能夠與PEO分子鏈相互作用，形成物理交聯(lián)點(diǎn)，增強(qiáng)電解質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。當(dāng)納米SiO?添加到PEO基電解質(zhì)中時(shí)，納米SiO?粒子表面的羥基（-OH）能夠與PEO分子鏈中的醚氧原子形成氫鍵，從而增強(qiáng)分子鏈之間的相互作用，提高電解質(zhì)的拉伸強(qiáng)度和彈性模量。研究表明，當(dāng)納米SiO?的添加量為10%時(shí)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的拉伸強(qiáng)度相比未添加時(shí)提高了50%以上。除了添加無(wú)機(jī)納米粒子，引入纖維狀增強(qiáng)材料也是提高機(jī)械性能的有效手段。碳纖維、玻璃纖維等纖維狀材料具有高強(qiáng)度和高模量的特點(diǎn)，將其添加到PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，可以形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械性能。在PEO基電解質(zhì)中添加適量的碳纖維，碳纖維能夠均勻分散在PEO基體中，形成連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)骨架，增強(qiáng)電解質(zhì)的承載能力。通過(guò)這種方式制備的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其彎曲強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都得到了顯著提高。在實(shí)際應(yīng)用中，添加了碳纖維的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠更好地抵抗外力的沖擊和彎曲，適用于對(duì)機(jī)械性能要求較高的場(chǎng)合，如可穿戴電子設(shè)備中的柔性電池。優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是提高PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)機(jī)械性能的重要途徑。采用多層復(fù)合結(jié)構(gòu)是一種有效的方法。制備具有三明治結(jié)構(gòu)的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，中間層為高強(qiáng)度的無(wú)機(jī)材料層，如鋰鑭鋯氧（LLZO）層，兩側(cè)為PEO基聚合物層。這種結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮無(wú)機(jī)材料的高強(qiáng)度和聚合物材料的柔韌性優(yōu)勢(shì)，提高電解質(zhì)的整體機(jī)械性能。LLZO層具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，能夠承受較大的外力，而PEO基聚合物層則能夠提供良好的柔韌性和界面相容性，使電解質(zhì)與電極之間能夠緊密結(jié)合。通過(guò)這種多層復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性得到了顯著提升。在實(shí)際應(yīng)用中，這種三明治結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)能夠更好地適應(yīng)電池內(nèi)部復(fù)雜的應(yīng)力環(huán)境，提高電池的循環(huán)壽命和安全性。五、面臨挑戰(zhàn)與解決方案5.1面臨挑戰(zhàn)5.1.1室溫電導(dǎo)率低PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在室溫下的電導(dǎo)率較低，這是其面臨的主要挑戰(zhàn)之一。從結(jié)構(gòu)角度來(lái)看，PEO分子鏈具有較高的結(jié)晶度，在室溫下，結(jié)晶區(qū)域內(nèi)分子鏈排列緊密且規(guī)整。在這些結(jié)晶區(qū)域中，鋰離子的遷移受到極大限制，因?yàn)榉肿渔滈g的間隙較小，鋰離子難以在其中擴(kuò)散，導(dǎo)致離子傳輸通道受阻。根據(jù)相關(guān)研究，純PEO基聚合物電解質(zhì)在室溫下的離子電導(dǎo)率通常在10??-10??S/cm數(shù)量級(jí)，這與實(shí)際應(yīng)用中對(duì)電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的要求（一般需達(dá)到10??S/cm以上）存在較大差距。鋰鹽在PEO基體中的解離程度也對(duì)室溫電導(dǎo)率產(chǎn)生重要影響。在室溫下，鋰鹽與PEO分子鏈之間的相互作用較強(qiáng)，使得鋰鹽的解離受到一定阻礙，無(wú)法提供足夠的自由鋰離子用于傳導(dǎo)電流。不同鋰鹽在PEO基體中的解離特性不同，如LiTFSI在PEO中的解離程度相對(duì)較高，但在室溫下仍難以滿足高電導(dǎo)率的需求。鋰鹽的解離還受到溫度的影響，隨著溫度降低，鋰鹽的解離常數(shù)減小，進(jìn)一步降低了離子電導(dǎo)率。溫度對(duì)離子電導(dǎo)率的影響顯著，這是由于離子在電解質(zhì)中的傳輸與分子鏈的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。在室溫下，PEO分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)相對(duì)較弱，分子鏈間的自由體積較小，不利于鋰離子的遷移。當(dāng)溫度升高時(shí)，分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)加劇，自由體積增大，鋰離子更容易在其中擴(kuò)散，從而提高離子電導(dǎo)率。研究表明，PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率隨溫度升高呈指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。在25℃時(shí)，某PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率為1×10??S/cm，而當(dāng)溫度升高到60℃時(shí)，離子電導(dǎo)率可達(dá)到1×10??S/cm左右。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，電池往往需要在室溫下工作，因此提高室溫電導(dǎo)率是亟待解決的問(wèn)題。5.1.2鋰枝晶生長(zhǎng)鋰枝晶生長(zhǎng)是PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)用中面臨的嚴(yán)重問(wèn)題，對(duì)電池安全和性能危害極大。在充電過(guò)程中，鋰離子在負(fù)極表面還原沉積，當(dāng)鋰離子的沉積速率大于其在電解質(zhì)中的擴(kuò)散速率時(shí)，就容易形成鋰枝晶。鋰枝晶呈樹枝狀生長(zhǎng)，隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行，鋰枝晶不斷生長(zhǎng)變粗。當(dāng)鋰枝晶生長(zhǎng)到一定程度，可能會(huì)刺穿電解質(zhì)，導(dǎo)致正負(fù)極短路，引發(fā)電池?zé)崾Э?，?yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致電池燃燒或爆炸。據(jù)相關(guān)研究統(tǒng)計(jì)，在一些使用鋰金屬負(fù)極和PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的電池中，由于鋰枝晶生長(zhǎng)引發(fā)的短路事故占電池故障總數(shù)的30%以上。鋰枝晶生長(zhǎng)的原因較為復(fù)雜，與多種因素密切相關(guān)。從電極表面特性來(lái)看，電極表面的粗糙度和不均勻性會(huì)影響鋰離子的沉積分布。如果電極表面存在凸起或缺陷，鋰離子會(huì)優(yōu)先在這些位置沉積，導(dǎo)致局部電流密度增大，從而促進(jìn)鋰枝晶的生長(zhǎng)。在鋰金屬負(fù)極表面，由于制備工藝等原因，可能存在一些微小的凸起，這些凸起處的鋰離子濃度較高，容易形成鋰枝晶的生長(zhǎng)核心。電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率和鋰離子遷移數(shù)也對(duì)鋰枝晶生長(zhǎng)有重要影響。當(dāng)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較低時(shí)，鋰離子在電解質(zhì)中的傳輸速度較慢，難以均勻地分布在負(fù)極表面，容易導(dǎo)致局部鋰離子濃度過(guò)高，引發(fā)鋰枝晶生長(zhǎng)。鋰離子遷移數(shù)較低意味著在電流傳輸過(guò)程中，除鋰離子外的其他離子或電子也參與了傳導(dǎo)，這會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部的電場(chǎng)分布不均勻，進(jìn)一步加劇鋰枝晶的生長(zhǎng)。在離子電導(dǎo)率為10??S/cm的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，鋰枝晶的生長(zhǎng)速度明顯快于離子電導(dǎo)率為10??S/cm的體系。充放電條件，如電流密度和充電截止電壓，也是影響鋰枝晶生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。高電流密度下，鋰離子的沉積速度加快，更容易出現(xiàn)鋰離子供應(yīng)不足的情況，從而促使鋰枝晶生長(zhǎng)。當(dāng)充電截止電壓過(guò)高時(shí)，負(fù)極表面的鋰離子過(guò)電位增大，也會(huì)加速鋰枝晶的生長(zhǎng)。在高電流密度1mA/cm2下充電時(shí)，鋰枝晶的生長(zhǎng)速率是低電流密度0.1mA/cm2下的5倍以上。5.1.3界面阻抗大界面阻抗大是PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在應(yīng)用中面臨的又一關(guān)鍵挑戰(zhàn)，對(duì)電池充放電性能產(chǎn)生顯著影響。在電池的充放電過(guò)程中，離子需要在電極/電解質(zhì)界面處進(jìn)行傳輸，而界面阻抗的存在會(huì)阻礙離子的傳輸，導(dǎo)致電池內(nèi)阻增大。當(dāng)界面阻抗較大時(shí)，電池在充放電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的極化現(xiàn)象，即電池的實(shí)際電壓與理論電壓之間的差值增大。這會(huì)使得電池的充電電壓升高，放電電壓降低，從而降低電池的能量效率和充放電容量。在一些采用PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池中，由于界面阻抗較大，電池的充放電效率僅為70%左右，相比低界面阻抗的電池體系，能量損失明顯。界面阻抗產(chǎn)生的原因主要與電極和電解質(zhì)之間的物理和化學(xué)性質(zhì)差異有關(guān)。從物理角度來(lái)看，電極和電解質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)不同，兩者之間難以形成緊密且均勻的接觸，存在一定的界面空隙。這些空隙會(huì)增加離子傳輸?shù)穆窂介L(zhǎng)度和阻力，導(dǎo)致界面阻抗增大。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極接觸時(shí)，由于鋰金屬表面的粗糙度和PEO基電解質(zhì)的柔韌性，兩者之間容易形成一些微小的空隙，阻礙鋰離子的傳輸。從化學(xué)角度來(lái)看，電極和電解質(zhì)在界面處可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成一層不穩(wěn)定的界面膜。這層界面膜的電阻較大，會(huì)進(jìn)一步增大界面阻抗。在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)與高電壓正極材料接觸時(shí)，正極材料在充電過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，其表面的活性物質(zhì)可能會(huì)與PEO基電解質(zhì)中的成分發(fā)生反應(yīng)，形成含有鋰的化合物和其他副產(chǎn)物組成的界面膜。這種界面膜不僅電阻高，還會(huì)隨著充放電循環(huán)的進(jìn)行逐漸增厚，導(dǎo)致界面阻抗不斷增大。在循環(huán)100次后，界面膜的厚度可能會(huì)增加50%以上，界面阻抗相應(yīng)增大2-3倍。解決界面阻抗大的問(wèn)題存在諸多難點(diǎn)。由于電極和電解質(zhì)的性質(zhì)差異較大，很難找到一種簡(jiǎn)單有效的方法來(lái)同時(shí)改善界面的物理和化學(xué)相容性。在提高界面物理接觸的過(guò)程中，可能會(huì)引發(fā)新的化學(xué)副反應(yīng)，反之亦然。在通過(guò)表面改性提高界面物理接觸時(shí)，引入的改性劑可能會(huì)與電極或電解質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致界面穩(wěn)定性下降。目前的一些解決方案，如表面修飾、添加界面緩沖層等，雖然在一定程度上能夠降低界面阻抗，但往往需要復(fù)雜的制備工藝和高昂的成本，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。5.2解決方案5.2.1材料改性材料改性是提升PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)性能的重要手段，其中共聚和共混是常用的有效方法。共聚是一種通過(guò)化學(xué)合成改變PEO分子結(jié)構(gòu)的方法，以此提升電解質(zhì)性能。科研人員通過(guò)將PEO與其他單體進(jìn)行共聚反應(yīng)，成功制備出具有不同結(jié)構(gòu)和性能的共聚物。以聚環(huán)氧乙烷-聚環(huán)氧丙烷（PEO-PPO）共聚物為例，PO鏈段的引入有效破壞了PEO分子鏈的規(guī)整性。由于PEO分子鏈原本的規(guī)整結(jié)構(gòu)使其容易結(jié)晶，而PO鏈段的加入打亂了這種規(guī)整性，降低了結(jié)晶度。在PEO-PPO共聚物體系中，隨著PPO鏈段含量的增加，共聚物的結(jié)晶度逐漸降低。當(dāng)PPO鏈段的摩爾分?jǐn)?shù)達(dá)到30%時(shí)，結(jié)晶度相比純PEO降低了約20%。結(jié)晶度的降低為鋰離子傳輸提供了更多的通道，使得離子電導(dǎo)率顯著提高。研究表明，在60℃下，PEO-PPO共聚物基電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率比純PEO基電解質(zhì)提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。這是因?yàn)榉蔷鄥^(qū)域分子鏈運(yùn)動(dòng)更加自由，鋰離子能夠更順暢地在其中遷移。共聚還可以改善電解質(zhì)的機(jī)械性能。PO鏈段的引入增加了分子鏈之間的相互作用，使共聚物的柔韌性和強(qiáng)度得到提升。通過(guò)拉伸測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PEO-PPO共聚物的拉伸強(qiáng)度相比純PEO提高了約30%，這使得電解質(zhì)在實(shí)際應(yīng)用中能夠更好地抵抗外力作用，保持結(jié)構(gòu)完整性。共混則是將PEO與其他聚合物或無(wú)機(jī)材料混合，通過(guò)物理混合的方式改善電解質(zhì)性能。將PEO與聚偏氟乙烯（PVDF）共混是一種常見(jiàn)的方法。PVDF具有較高的機(jī)械強(qiáng)度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與PEO共混后，能夠顯著增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械性能。在PEO/PVDF共混體系中，隨著PVDF含量的增加，共混物的拉伸強(qiáng)度逐漸增大。當(dāng)PVDF的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，共混物的拉伸強(qiáng)度相比純PEO提高了約50%。這是因?yàn)镻VDF分子鏈與PEO分子鏈相互交織，形成了更緊密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了材料的力學(xué)性能。PVDF還能夠提高電解質(zhì)的電化學(xué)穩(wěn)定性。PVDF具有較高的電化學(xué)窗口，能夠在一定程度上拓寬PEO基電解質(zhì)的電化學(xué)窗口，使其能夠與高電壓正極材料更好地匹配。研究發(fā)現(xiàn)，PEO/PVDF共混電解質(zhì)的電化學(xué)窗口相比純PEO基電解質(zhì)拓寬了約0.5V，這為開(kāi)發(fā)高能量密度的鋰離子電池提供了可能。將PEO與無(wú)機(jī)納米材料共混也是一種有效的方法。如將PEO與納米二氧化鈦（TiO?）共混，TiO?納米粒子能夠與PEO分子鏈相互作用，降低PEO的結(jié)晶度。TiO?表面的羥基與PEO分子鏈中的醚氧原子形成氫鍵，阻礙了PEO分子鏈的結(jié)晶。當(dāng)TiO?的添加量為5%時(shí)，PEO/TiO?共混電解質(zhì)的結(jié)晶度相比純PEO降低了約15%，離子電導(dǎo)率提高了約80%。TiO?納米粒子還能夠增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度。由于納米粒子的高比表面積和剛性，能夠在共混體系中起到增強(qiáng)作用，提高材料的硬度和模量。通過(guò)硬度測(cè)試發(fā)現(xiàn)，PEO/TiO?共混電解質(zhì)的硬度相比純PEO提高了約20%，使其在實(shí)際應(yīng)用中更加穩(wěn)定可靠。5.2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化通過(guò)設(shè)計(jì)特殊結(jié)構(gòu)來(lái)優(yōu)化PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)是提升其性能的重要策略，多孔結(jié)構(gòu)和多層結(jié)構(gòu)在這方面展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。多孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)電解質(zhì)性能的提升具有顯著作用。從制備方法來(lái)看，相分離法是制備多孔結(jié)構(gòu)PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的常用方法之一。科研人員采用相分離法，將PEO、鋰鹽和致孔劑溶解在有機(jī)溶劑中，形成均勻的溶液。在特定條件下，通過(guò)控制溶劑揮發(fā)速度或添加沉淀劑，使體系發(fā)生相分離，形成富含聚合物的相和富含致孔劑的相。隨后，去除致孔劑，即可得到具有多孔結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)。以聚乙烯醇（PVA）為致孔劑，在制備PEO/LiTFSI復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)時(shí)，將PVA與PEO、LiTFSI共同溶解在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中。通過(guò)緩慢揮發(fā)NMP，體系發(fā)生相分離，PVA形成連續(xù)相，PEO和LiTFSI形成分散相。然后，用去離子水洗滌樣品，去除PVA，得到具有多孔結(jié)構(gòu)的PEO/LiTFSI電解質(zhì)。這種多孔結(jié)構(gòu)能夠有效提高離子電導(dǎo)率，其原理在于增加了電解質(zhì)的比表面積。多孔結(jié)構(gòu)使得電解質(zhì)與電極的接觸面積增大，為鋰離子的傳輸提供了更多的通道。研究表明，具有多孔結(jié)構(gòu)的PEO/LiTFSI電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比無(wú)孔結(jié)構(gòu)的提高了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。在30℃時(shí)，多孔結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率可達(dá)10??S/cm左右，而無(wú)孔結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率僅為10??-10??S/cm。多孔結(jié)構(gòu)還能改善電解質(zhì)與電極的界面相容性。更大的接觸面積使得電解質(zhì)與電極之間的相互作用增強(qiáng)，界面電阻降低。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)試發(fā)現(xiàn)，多孔結(jié)構(gòu)電解質(zhì)與鋰金屬負(fù)極之間的界面電阻相比無(wú)孔結(jié)構(gòu)降低了約50%，這有助于提高電池的充放電效率和循環(huán)穩(wěn)定性。多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)同樣對(duì)電解質(zhì)性能有積極影響。制備具有三明治結(jié)構(gòu)的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，中間層為高離子電導(dǎo)率的無(wú)機(jī)材料層，如鋰鑭鋯氧（LLZO）層，兩側(cè)為PEO基聚合物層。這種結(jié)構(gòu)能夠充分發(fā)揮無(wú)機(jī)材料和聚合物材料的優(yōu)勢(shì)。LLZO層具有較高的離子電導(dǎo)率，能夠?yàn)殇囯x子的傳輸提供快速通道。在室溫下，LLZO的離子電導(dǎo)率可達(dá)10??-10?3S/cm，遠(yuǎn)高于PEO基聚合物的離子電導(dǎo)率。兩側(cè)的PEO基聚合物層則提供了良好的柔韌性和界面相容性。PEO分子鏈的柔韌性使其能夠與電極緊密貼合，減少界面空隙，降低界面電阻。通過(guò)EIS測(cè)試可知，這種三明治結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)與電極之間的界面電阻相比單一的PEO基電解質(zhì)降低了約70%。多層結(jié)構(gòu)還能增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械性能。LLZO層的高強(qiáng)度和剛性能夠有效增強(qiáng)電解質(zhì)的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使其能夠承受更大的外力作用。在受到一定壓力時(shí)，三明治結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)能夠保持結(jié)構(gòu)完整，而單一的PEO基電解質(zhì)可能會(huì)發(fā)生變形或破裂。這種多層結(jié)構(gòu)的電解質(zhì)在電池的充放電過(guò)程中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。在循環(huán)200次后，采用三明治結(jié)構(gòu)電解質(zhì)的電池容量保持率仍能達(dá)到85%以上，而采用單一PEO基電解質(zhì)的電池容量保持率僅為70%左右。5.2.3添加添加劑添加添加劑是改善PEO基聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)性能的重要手段，增塑劑和成核劑在其中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。增塑劑對(duì)電解質(zhì)性能的影響顯著。常見(jiàn)的增塑劑如碳酸丙烯酯（PC）、γ-丁內(nèi)酯（GBL）等，它們能夠降低PEO分子鏈之間的相互作用力。以PC為例，當(dāng)將其添加到PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中時(shí)，PC分子能夠插入到PEO分子鏈之間。PC分子中的羰基（C=O）與PEO分子鏈中的醚氧原子（-O-）之間存在相互作用，這種作用削弱了PEO分子鏈之間的范德華力。隨著PC含量的增加，PEO分子鏈之間的距離增大，分子鏈的運(yùn)動(dòng)更加自由。研究表明，當(dāng)PC的添加量為20%時(shí)，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）降低了約20℃。Tg的降低意味著分子鏈在更低的溫度下就能開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，這為鋰離子的傳輸提供了更有利的條件。在25℃時(shí)，添加20%PC的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比未添加時(shí)提高了約5倍。增塑劑還能改善電解質(zhì)的柔韌性。由于增塑劑分子的插入，使得PEO分子鏈之間的柔韌性增強(qiáng)，電解質(zhì)能夠更好地適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。在可穿戴電子設(shè)備中，需要電解質(zhì)具有良好的柔韌性以適應(yīng)設(shè)備的彎曲和拉伸，添加增塑劑后的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠滿足這一需求。然而，增塑劑的添加也存在一些問(wèn)題，過(guò)量的增塑劑可能會(huì)降低電解質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)PC添加量超過(guò)30%時(shí)，電解質(zhì)的拉伸強(qiáng)度會(huì)明顯下降，這在一定程度上限制了增塑劑的添加量。成核劑在PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中也有著重要作用。成核劑能夠促進(jìn)PEO分子鏈的結(jié)晶，但形成的晶體結(jié)構(gòu)更加細(xì)小和均勻。如納米滑石粉作為成核劑添加到PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中時(shí)，納米滑石粉粒子能夠作為結(jié)晶中心，誘導(dǎo)PEO分子鏈在其表面結(jié)晶。這些納米粒子的高比表面積和特殊的晶體結(jié)構(gòu)，使得它們能夠均勻地分散在PEO基體中，促進(jìn)了PEO分子鏈的異相成核。研究發(fā)現(xiàn)，添加納米滑石粉后，PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)晶度有所提高，但晶體尺寸明顯減小。當(dāng)納米滑石粉的添加量為3%時(shí)，PEO的結(jié)晶度提高了約10%，而晶體平均尺寸從原來(lái)的500nm減小到200nm左右。這種細(xì)小均勻的晶體結(jié)構(gòu)對(duì)離子傳輸有著積極影響。雖然結(jié)晶度有所提高，但由于晶體尺寸減小，晶界數(shù)量增加，而晶界處的離子傳導(dǎo)性相對(duì)較好，從而為鋰離子提供了更多的傳輸路徑。在60℃下，添加3%納米滑石粉的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率相比未添加時(shí)提高了約30%。成核劑還能增強(qiáng)電解質(zhì)的機(jī)械性能。細(xì)小均勻的晶體結(jié)構(gòu)使得電解質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，從而提高了電解質(zhì)的硬度和模量。通過(guò)硬度測(cè)試可知，添加納米滑石粉后的PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的硬度相比未添加時(shí)提高了約15%，使其在實(shí)際應(yīng)用中更加穩(wěn)定可靠。六、在鋰離子電池中的應(yīng)用案例6.1應(yīng)用實(shí)例1在某一研究中，科研團(tuán)隊(duì)致力于探索PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用潛力，以解決傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池存在的安全隱患和能量密度受限等問(wèn)題。他們采用溶液澆鑄法制備了PEO/LiTFSI/Al?O?復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)精心控制各組分的比例和制備工藝參數(shù)，成功獲得了性能優(yōu)異的電解質(zhì)材料。在制備過(guò)程中，他們將PEO、LiTFSI和納米Al?O?按特定比例溶解在乙腈中，在50℃下以300r/min的速度攪拌12小時(shí)，確保各組分充分溶解和混合均勻。隨后，將所得混合溶液緩慢倒入聚四氟乙烯模具中，在通風(fēng)櫥中自然揮發(fā)乙腈24小時(shí)，然后放入真空干燥箱中，在60℃、10Pa的條件下干燥12小時(shí)，得到PEO/LiTFSI/Al?O?復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)薄膜?；谠搹?fù)合固態(tài)電解質(zhì)，科研團(tuán)隊(duì)組裝了Li/LiFePO?全固態(tài)鋰離子電池，并對(duì)電池的性能進(jìn)行了全面測(cè)試。在循環(huán)壽命方面，電池在0.5C的充放電倍率下進(jìn)行測(cè)試，初始放電比容量達(dá)到155mAh/g。經(jīng)過(guò)100次循環(huán)后，電池的放電比容量仍保持在140mAh/g左右，容量保持率高達(dá)90%以上。這表明該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠有效維持電池在循環(huán)過(guò)程中的性能穩(wěn)定，減少容量衰減。在倍率性能測(cè)試中，當(dāng)充放電倍率逐漸提高時(shí)，電池依然展現(xiàn)出良好的性能表現(xiàn)。在1C倍率下，電池的放電比容量為140mAh/g；在2C倍率下，放電比容量仍能達(dá)到120mAh/g。這說(shuō)明該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在不同的充放電倍率下，都能保證鋰離子的快速傳輸，使電池具有較好的倍率性能。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，該全固態(tài)鋰離子電池在安全性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池存在易燃、易揮發(fā)的問(wèn)題，在高溫或過(guò)充等情況下容易引發(fā)安全事故。而采用PEO基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰離子電池，由于電解質(zhì)不易燃、不易揮發(fā)，從根本上降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。在高溫測(cè)試中，傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池在80℃以上就可能出現(xiàn)電解液泄漏、燃燒等現(xiàn)象，而該全固態(tài)鋰離子電池在100℃的高溫環(huán)境下仍能穩(wěn)定運(yùn)行，未出現(xiàn)任何安全問(wèn)題。從能量密度角度來(lái)看，由于固態(tài)電解質(zhì)可以采用更薄的隔膜甚至無(wú)需隔膜，使得電池內(nèi)部空間得到更充分利用，從而提高了電池的能量密度。經(jīng)測(cè)試，該全固態(tài)鋰離子電池的能量密度相比同類型的傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池提高了約20%。這一提升使得該電池在電動(dòng)汽車、儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有更廣闊的應(yīng)用前景。6.2應(yīng)用實(shí)例2另一研究則聚焦于開(kāi)發(fā)高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子電池，選用了熔融澆筑法來(lái)制備PEO/LiClO?/LLZO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。在氬氣保護(hù)的嚴(yán)格環(huán)境下，科研人員將PEO、LiClO?和LLZO按精心設(shè)計(jì)的比例進(jìn)行混合，隨后將混合物料加熱至70℃，使其處于熔融狀態(tài)。在500r/min的攪拌速度下，各組分充分混合均勻，確保了體系的一致性。接著，將熔融物料倒入預(yù)熱至70℃的模具中，并施加1MPa的壓力，使物料緊密填充模具，排出可能存在的氣泡，提高電解質(zhì)的致密度。之后，以2℃/min的冷卻速度使其緩慢冷卻固化，最終得到了性能優(yōu)異的PEO/LiClO?/LLZO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。基于該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，研究人員組裝了Li/NCM622全固態(tài)鋰離子電池，NCM622作為一種常用的三元正極材料，具有較高的能量密度潛力。在循環(huán)壽命測(cè)試中，電池在1C的充放電倍率下進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)測(cè)試。初始放電比容量達(dá)到175mAh/g，展現(xiàn)出較高的能量輸出能力。經(jīng)過(guò)200次循環(huán)后，電池的放電比容量仍保持在150mAh/g左右，容量保持率達(dá)到86%左右，表明該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)能夠在較長(zhǎng)的循環(huán)過(guò)程中維持電池的性能穩(wěn)定，有效抑制了容量的衰減。在倍率性能方面，該電池也表現(xiàn)出色。當(dāng)充放電倍率提高到2C時(shí)，電池的放電比容量為135mAh/g；進(jìn)一步提高到3C時(shí)，放電比容量仍能達(dá)到120mAh/g。這說(shuō)明該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在高倍率充放電條件下，依然能夠保證鋰離子的快速傳輸，使電池具有良好的倍率性能，能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)電池快速充放電的需求。與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池相比，該全固態(tài)鋰離子電池在能量密度和安全性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。在能量密度方面，由于固態(tài)電解質(zhì)可以采用更薄的隔膜甚至無(wú)需隔膜，使得電池內(nèi)部空間得到更充分利用，電池的能量密度相比同類型的傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池提高了約25