近日，南京大学 (Nanjing University) 周豪慎教授课题组在Electrochemical Energy Reviews期刊发表了题为“Solid-State Electrolyte for Lithium-ion Batteries: Fundamentals, Challenges and Perspectives”的综述论文，系统论述了锂离子电池固态电解质的研究现状和发展方向。

文章将发表于Electrochemical Energy Reviews期刊2019年第2卷第4期，详情请阅读全文，可免费获取。本文也在微信(ElectrochemicalEnergyReviews)、微博(ElectrochemicalEnergyReviews)、科学网博客（EEReditor）、Facebook等新媒体平台推出，请大家多关注和阅读。更可以关注EER Springer主页（https://www.springer.com/chemistry/electrochemistry/journal/41918）和上海大学期刊社网站EER主页（http://www.eer.shu.edu.cn）获取第一手的电化学评论资讯。

文章题目：Solid-State Electrolyte for Lithium-ion Batteries: Fundamentals, Challenges and Perspectives

作者：Wenjia Zhao ,Jin Yi*, Ping He, Haoshen Zhou

关键词：Solid-state electrolyte, Lithium-ion transport, Structure tuning, Interface engineering

引用信息： Zhao, W., Yi, J., He, P. et al. Electrochem. Energ. Rev. (2019). https://doi.org/10.1007/s41918-019-00048-0

长按/扫描二维码阅读全文

本综述亮点

1. 将固态电解质分为无机锂离子导体，聚合物电解质，无机-有机复合固态电解质，从这三个大类出发，系统地了介绍了目前有代表性的固态电解质材料；

2. 总结了影响固态电解质离子传导速率的几方面因素；

3. 总结了几种增强锂离子传导的有效策略；

4. 介绍了几种用于研究固态电解质传导机理的先进技术；

5. 总结了增强锂离子传导速率的几种策略。

前言

电动汽车的规模化应用被认为是减少二氧化碳排放、缓解温室效应的有效途径。随着电动汽车的迅速普及，安全问题成为决定电动汽车进一步发展的关键因素之一。使用锂离子电池作为动力源引起的问题越来越引起人们的关注。目前，商用锂离子电池通常由阳极、非水性电解质、隔膜和阴极组成。非水性电解质由于含有有机溶剂（例如碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯等）而容易点燃。另外，锂枝晶在非水性锂离子电池中的生长是不可避免的，这将增加锂离子电池发生短路的可能性，限制锂离子电池在电动汽车中的应用。此外，如果使用不当，还可能导致火灾事故和爆炸。在这种背景下，由于固态电解质具有不可燃性，因此使用固态电解质代替非水性电解质被认为是一种有前景的策略。一般来说，固态电解质包括无机锂离子导体、聚合物电解质和有机-无机杂化复合材料。在锂离子电池中的应用需要几个基本要求，如高离子导电率（>10^-4 s cm^-1）、高电子导电率、可行的电化学窗口以及界面间良好的转移阻抗。不幸的是，上述要求很难单独或一起实现。例如，虽然单离子导体可以避免浓差极化，但其实际应用却遇到了室温下离子导电率低和电极界面接触不良的问题。近年来，为了加快这一领域的创新，工业界和科学界进行了广泛的研究。尽管取得了巨大的成就，但从基础研究到工业制造，固态电解质的大规模应用仍然面临着许多问题。例如，锂离子输运机理仍存在疑问，几十年来，关于锂离子输运的机理一直争论不断，特别是锂离子在固态电解质和阳极、阴极间界面之间的输运的问题，已经成为全固态电池实际应用的瓶颈。此外，随着先进表征技术的发展，获得了更多的视觉结果和直接证据，以促进对固态电解质基本原理的理解。

内容简介

本文首先将固态电解质分为无机锂离子导体，聚合物电解质，无机-有机复合固态电解质，并从这三个大类出发，系统地了介绍了目前有代表性的固态电解质材料； 然后从结构，成分，维度三个角度，分析了影响固态电解质离子传导速率的因素。特别地，本文还介绍了几种用于研究固态电解质传导机理的先进技术，时间飞行二次离子质谱（TOF-SIMS），固态核磁技术（SSNMR）,核磁共振成像（NMRI）等。另外，本文还从结构优化和表面工程两方面总结了增强锂离子传导的有效策略。最后，作者系统评述了固态电解质研究中存在的问题以及未来的发展趋势，做了总结以及展望。

离子输运的机理和导电性与晶体结构有着密切的关系，并且随着系统的不同而变化很大。一般来说，无机固体电解质中有三种锂离子扩散类型，即间隙直接跳跃、间隙敲除和空位直接跳跃。三种类型的示意图如图所示。对离子输运的深入理解对于固体电解质的改性和设计是十分必要的。晶体结构中离子的传输通常遵循阿伦尼乌斯定律的规则，但是，对于非长程有序的结构，即玻璃、聚合物或随机占据缺陷的晶体材料，其关系将不服从线性阿伦尼乌斯定律类型。对于结晶无机固体电解质，缺陷位置可能相互影响较小，而对于缺陷较多的非晶态体系，应考虑流动离子之间的相关性以及锂离子与骨架离子之间的相互作用。到目前为止，还没有明确的理论来描述无序体系中的离子扩散行为。然而，在实验室中，一些非晶态固体电解质确实显示出比晶态和刚性电解质更高的离子导电性。这种改进可能来自非晶态材料中的巨大缺陷。

电极材料与固体电解质之间的界面作用对离子传输而言是决定性的。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）是一种能够表征样品组成、空间分布和结构的表征技术。在短时间内，不仅可以通过高质量的光谱，而且可以通过直接的化学成像，获得大量的信息。TOF-SIMS的高灵敏度和适应性在材料表征领域的应用越来越受到关注。帕克和他在德克萨斯大学的同事通过使用TOF-SIMS，获得了三维高分辨率的分布元素图，离子浓度也显示在色标中。由于TOF-SIMS技术具有无损检测和高灵敏度等优点，相信在未来的电化学领域中，TOF-SIMS技术将有更多的应用机会。

总结

固态电解质是目前学术界和产业界共同关注的热点之一。本文作者通过对具有代表性的各种固态电解质的总结和归纳，系统的评述了固态电解质目前的研究现状、存在的问题和今后的发展方向。

关于我们

Electrochemical Energy Reviews (《电化学能源评论》，简称EER)，该期刊旨在及时反映国际电化学能源转换与存储领域的最新科研成果和动态，促进国内、国际的学术交流，设有专题综述和一般综述栏目。EER是国际上第一本专注电化学能源的英文综述性期刊。EER覆盖化学能源转换与存储所有学科，包括燃料电池、锂电池、金属-空气电池、超级电容器、制氢-储氢、CO₂转换等。 

EER为季刊，每年3月、6月、9月以及12月出版。 

创刊号在2018年3月正式出版。

欢迎关注和投稿

期刊执行严格的同行评议，提供英文润色、图片精修、封面图片设计等服务。出版周期3个月左右，高水平论文可加快出版。欢迎关注和投稿。

E-mail: eer@oa.shu.edu.cn

Tel.: 86-21-66136010

SpringerWeb: http://www.springer.com/chemistry/electrochemistry/journal/41918

ShuWeb: http://www.eer.shu.edu.cn

WeChat：ElectrochemicalEnergyReviews       

长按/扫描关注EER微信公众号

请将阅读原文链接设为：

https://link.springer.com/article/10.1007/s41918-019-00048