關(guān)于常見的全固態(tài)電池電極材料，你知道有哪些嗎？

盡管在固體電解質(zhì)和電極材料之間的界面上基本上沒有固體電解質(zhì)分解的副反應(yīng)，但是固體特性使電極/電解質(zhì)的界面相容性差，并且界面阻抗過高，嚴(yán)重影響了離子的傳輸，最終導(dǎo)致固態(tài)電池的循環(huán)壽命低且性能不佳。另外，能量密度不能滿足大型電池的要求。電極材料的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是修飾電極材料及其界面，以提高電極/電解質(zhì)界面的相容性。另一種是開發(fā)新的電極材料，以進(jìn)一步提高固態(tài)電池的電化學(xué)性能。
正極材料
全固態(tài)電池陰極通常使用復(fù)合電極，除了電極活性材料外，復(fù)合電極還包括固體電解質(zhì)和導(dǎo)電劑，它們在電極中傳輸離子和電子方面發(fā)揮著作用。 LiCoO2，LiFePO4，LiMn2O4和其他氧化物陰極通常用于全固態(tài)電池中。當(dāng)電解質(zhì)是硫化物時(shí)，由于化學(xué)勢的巨大差異，氧化物正電極比硫化物電解質(zhì)更強(qiáng)地吸引Li +，從而導(dǎo)致大量Li +移動(dòng)到正電極，界面中的鋰電解質(zhì)不良。
如果氧化物正電極是離子導(dǎo)體，則在正電極處還將形成空間電荷層。然而，如果正極是混合導(dǎo)體（例如，LiCoO 2既是離子導(dǎo)體又是電子導(dǎo)體），則氧化物中的Li +濃度將通過電子傳導(dǎo)而被稀釋。電荷層消失。此時(shí)，硫化物電解質(zhì)上的Li +再次移動(dòng)到正極，并且電解質(zhì)上的空間電荷層進(jìn)一步增加，導(dǎo)致影響電池性能的非常大的界面阻抗。
在正極和電解質(zhì)之間添加離子導(dǎo)電氧化物層可以有效地抑制空間電荷層的產(chǎn)生并降低界面阻抗。另外，增加正極材料的離子電導(dǎo)率可以達(dá)到優(yōu)化電池性能和增加能量密度的目的。為了進(jìn)一步提高全固態(tài)電池的能量密度和電化學(xué)性能，人們還積極研究和開發(fā)新的高能陰極，其主要包括高容量三元陰極材料和5V高壓材料。三元材料均具有層狀結(jié)構(gòu)，理論比容量高。
除氧化物陰極外，硫化物陰極也是所有固態(tài)電池陰極材料的重要組成部分。這樣的材料通常具有高的理論比容量，其是氧化物陰極的理論比容量的幾倍或什至一個(gè)數(shù)量級(jí)。它與具有良好導(dǎo)電性的硫化物固體相容。當(dāng)匹配電解質(zhì)時(shí)，由于化學(xué)勢相似，所以不會(huì)引起嚴(yán)重的空間電荷層效應(yīng)，并且期望所獲得的全固態(tài)電池滿足高容量和長壽命的實(shí)際循環(huán)要求。

陽極材料
金屬鋰負(fù)極材料
由于其高容量和低電勢，它已成為所有固態(tài)電池最重要的負(fù)極材料之一。但是，金屬鋰在循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生鋰樹枝狀晶體，這不僅會(huì)減少可用于插入/脫附的鋰的數(shù)量，還會(huì)嚴(yán)重引起安全問題，例如短路。
另外，金屬鋰非?；顫姴⑶胰菀着c空氣中的氧氣和水分反應(yīng)，并且金屬鋰不能承受高溫，這給電池的組裝和應(yīng)用帶來了困難。添加其他金屬和鋰以形成合金是解決上述問題的主要方法之一。這些合金材料通常具有較高的理論容量，并且其他金屬的添加降低了金屬鋰的活性，這可以有效地控制鋰枝晶的形成和形成。電化學(xué)副反應(yīng)的出現(xiàn)促進(jìn)了界面的穩(wěn)定性。然而，鋰合金負(fù)極具有一些明顯的缺陷。主要原因是電極體積在循環(huán)過程中發(fā)生很大變化。在嚴(yán)重的情況下，電極粉會(huì)失效，循環(huán)性能會(huì)大大降低。同時(shí)，由于鋰仍然是電極的活性材料，因此仍然存在相應(yīng)的安全隱患。
碳基負(fù)極材料
具有碳基團(tuán)的碳基，硅基和錫基材料是用于全固態(tài)電池的另一重要負(fù)極材料。碳基材料通常以石墨材料為代表。石墨碳具有適合鋰離子插入和提取的層狀結(jié)構(gòu)，具有良好的電壓平臺(tái)，充放電效率超過90％。但是，低的理論容量（僅372mAh / g）是此類材料的最大缺點(diǎn)。目前的實(shí)際應(yīng)用已基本達(dá)到理論極限，不能滿足高能量密度的要求。
氧化物陽極材料
主要包括金屬氧化物，金屬基復(fù)合氧化物和其他氧化物。這些氧化物均具有較高的理論比容量。然而，在從氧化物代替元素金屬的過程中，消耗大量的鋰，導(dǎo)致巨大的容量損失，并且循環(huán)過程伴隨著巨大的體積變化，這導(dǎo)致電池碳基材料的失敗。這個(gè)問題可以改善。