南京大学团队Chem.Rev：全固态锂电池中的塑性无机固态电解质！
锂电那些事今日第三条2025年02月14日 星期五
研究背景
全固态电池被认为是最具潜力的下一代动力电池体系之一，其具有打破现有商业化锂离子电池的限制、追求更高安全性与能量密度的潜力。开发全固态电池的关键是设计先进的固态电解质，其能够保证正负极之间离子快速的输运，且能够与电极间维持良好的界面兼容性以实现循环的稳定性。无机固态电解质根据其机械特性，可以分为刚性固态电解质和塑性固态电解质 （ductile solid electrolytes, DSEs），前者由于硬度太高，很难直接通过冷压获得较高的离子电导率，极大地限制了其实用化的价值。随着全固态电池的大规模生产，可与冷压兼容的塑性固体电解质（DSEs）越来越受到各个研究领域的关注。因此，总结和讨论固体电解质，特别是塑性固体电解质的最新进展是至关重要的。近日，南京大学郭少华、周豪慎教授团队在国际顶级期刊Chemical Reviews上发表了题为“Ductile Inorganic Solid Electrolytes for All-Solid-State Lithium Batteries”的重要综述。研究团队对塑性固态电解质进行了全面概述，总结了不同电解质的优缺点，有望指导高性能全固态电池的发展。
图文解读
Figure 1. 刚性无机固态电解质与塑性无机固态电解质的比较。
(a)刚性和(b)塑性无机固体电解质在冷压条件下的输运示意图。(c)多种固体电解质硬度-模量图。
另外，得益于塑性固态电解质能够通过冷压直接成型，因此我们能够便捷地将多种塑性电解质直接冷压成多层复合固态电解质，综合发挥不同电解质的优势。针对此，该综述根据电解质在电池中的功能性分为了catholyte、Bulk electrolyte和anolyte，综合讨论了不同功能性对于电解质的特定需求。
Figure 2. 不同功能性固体电解质的关键参数。
本综述基于此，系统性地讨论了硫化物、卤化物、氮化物、反钙钛矿型以及复合氢化物五种固态电解质材料。从电解质的晶体结构出发，分析了电解质的离子输运行为和潜在的界面相容性。五种塑性固体电解质（硫化物、卤化物、氮化物、反钙钛矿和氢化物）根据catholyte、bulk electrolyte和anolyte所需的关键特性进行了系统的比较。然后，根据塑性固体电解质的特点，分析了塑性固体电解质作为catholyte、bulk electrolyte和anolyte的适用性。
显然，目前还没有一种接近理想的塑性电解质能同时满足离子输运和与正负极材料界面相容性的要求。因此，本文综述了塑性固体电解质的优缺点，并阐明了这些电解质的未来前景和发展方向。读者可以利用这些电解质的功能特性来构建高性能的全固态电池。
Figure 3.五种塑性电解质的比较。
关键参数雷达图 (a) 硫化物电解质，(b) 卤化物电解质，(c) 氮化物电解质，(d) 反钙钛矿型电解质，(e) 复合氢化物电解质。不同固态电解质作为catholyte (f), bulk electrolyte (g), anolyte (h)的适配性。
