隨著便攜式電子設備、電動汽車和大規模儲能需求的發展以及對電池使用安全性的廣泛關注，固態鋰電池憑借安全性高、能量密度高和循環壽命長等優點，被視為未來新能源汽車和儲能領域的顛覆性技術。固態電池實現的關鍵時，采用固態電解質替代傳統的液態電解質，固態電解質不光可以傳輸鋰離子，還能夠作為隔膜，阻礙電子的傳輸，防止發生短路。

固態電解質可以分為無機固態電解質和聚合物固態電解質以及聚合物-無機復合電解質，由于無機固態電解質的界面力學穩定性不如有機固態電解質，需要高堆疊壓力來保持與電極的密切接觸，會對電池的能量密度會有一定的影響。因此以一些聚合物作為固體電解質得到了廣泛的重視，聚合物電解質良好的蠕變黏附性使其能與電極之間形成良好的界面接觸，但在室溫下，大多數聚合物均含有較大的結晶區域，導致離子電導率和電化學穩定性比無機電解質差，也難以在固態鋰電池中得到應用。于是結合兩種電解質優勢，將無機納米顆粒引入聚合物基質，構筑成聚合物-無機復合電解質一直是研究的熱點。

目前，無機納米顆粒在固態復合電解質中的引入方式主要有以下幾種：

一、做填充劑

將無機納米材料作填充材料，摻入聚合物-鋰鹽體系的固體聚合物電解質中，不僅提高了聚合物電解質熱穩定性，而且由于其在整個聚合物電解質中分散良好，破壞了聚合物的結晶區域，促進聚合物鏈段運動，從而改善電解質的電化學性能，而與聚合物建立交錯連接的結構也使得固態電解質的結構穩定性和機械強度大大提升。

結晶度降低促進鋰離子輸運示意圖

無機填料分為惰性填料和活性填料兩類，常見的惰性填料包括TiO₂、Al₂O₃、BaTiO₃、蒙脫土等，通常不參與鋰離子傳導過程，而是利用其特殊的表面基團和較大的比表面積，限制高分子鏈的再結晶，從而增加局部無定形區域的尺寸。相對惰性填料而言，活性填料參與了鋰離子的傳輸過程，除了可降低聚合物基質的結晶度，為聚合物和填料之間提供了高導電界面層外，還可以充當Li源，為填料-聚合物界面區提供更多的Li離子，并吸引Li離子使其沿其表面傳輸，因此，相比惰性填料，活性填料在固態電解質的應用中被寄予更高的期望。

二、無機納米顆粒原位生成復合電解質

無機納米顆粒作為填料與聚合物電解質進行簡單的摻雜，有時并不能使其達到很好的分散性，

而原位聚合是一種有效的解決方法。相比簡單的摻雜，原位聚合更均勻的分散性能更有效的破壞聚合物的結晶結構，改善其電化學性能和機械性能。

原位形成凝膠聚合物電解質（GPE）示意

通常原位聚合制備工藝主要分為兩種:

1、聚合物單體在充滿無機填料的均相體系下聚合：

即通過將無機填料、聚合物分別溶于有機溶劑中獲取均相體系后共混或直接將兩者共同溶于有機溶劑中獲得前驅體溶液，再轉移至模具中發生原位聚合，制備出無機填料均勻分散的復合電解質

2、無機填料在聚合物內部或者表面原位成核形成復合電解質：

即將無機填料及少量催化劑等加入聚合物有機均相體系中進行共混攪拌，通過靜電紡絲等技術在聚合物內部或者表面原位成核形成復合電解質。

三、電解質表面無機納米顆粒涂層

除了將無機納米顆粒直接摻雜進聚合物電解質中，直接將其與聚合物粘合劑在基材表面上形成網絡結構的涂層，也是解決聚合物電解質力學性能差、電導率低，實現聚合物電解質進一步應用的有效方法。

這種方法一般是采用浸涂技術：將二氧化鈦、二氧化硅、氧化鋁等無機納米顆粒與粘結劑分散在有機溶液中，再將聚合物浸入其中，在特定溫度下干燥揮發后即可得到復合電解質膜。無機納米顆粒可在復合電解質上制備具有熱穩定性的涂層，并提供有效的加熱保護，防止隔膜發生顯著的熱收縮，除此之外還增強電解質表面的孔隙率、電解液吸液率和離子電導率，并在提高循環容量方面也起著重要作用。

制備涂覆在聚丙烯隔膜上的PS-co-PBA@SiO₂的示意圖

三、電解質內無機納米填料夾層

隨著對固態電池機制研究的不斷深入，在兩層聚合物電解質中間填充一層高濃度無機納米填料的夾層工藝也被開發出來。無機納米顆粒夾層除了能夠發揮無機填料的高電導率優勢，還有一個關鍵作用：有效誘導鋰鍍層遠離固體電解質，防止金屬鋰和固體電解質之間的直接接觸，并憑借其較高的機械強度有效抑制鋰枝晶的生長。

二氧化硅納米粒子夾層隔板的SEM圖像

與上述無機納米顆粒涂層一樣，夾層復合電解質的制造也可以通過使用傳統漿料涂覆工藝完成，與制造鋰離子電池的常規工藝兼容，具有簡單高效的優點，易于實現工業化大規模的生產。

參考文獻：

1、郭健.無機納米顆粒在鋰離子電池復合電解質中的應用[J].山東化工,.

2、趙依純,劉學清.基于復合型固態電解質無機相填料材料的研究進展[J].塑料工業.

3、國洪瑤,吳曉萌,吳勇民等.無機填料在復合固態電解質中的作用機制研究進展[J].材料導報.

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