固态电池被认为是有潜力的下一代储能设备,具有更高的能量密度和更好的安全性。然而,大多数固态电解质(SSE)对空气敏感,这导致了电池组装复杂且昂贵,此外,界面也易受影响。图1. 不同SSE材料的性能雷达图为此,中科大余彦教授及中南大学吴飞翔教授等人总结了不同类型无机SSE的空气稳定性相关问题以及相应的策略。首先概述了SSE和固态电池的发展历史和优缺点。然后,选择不同类型的SSE(硫化物、石榴石、钙钛矿、反钙钛矿、聚合物和NA/LISICON型SSE)作为例子来说明在空气中的不利相互作用和影响。此外,作者总结了构建不同类型的空气稳定无机SSE的有效策略。最后,提供了设计空气稳定SSE的观点,旨在实现在大气中组装高性能固态电池。图2. 当前固态电池SSE的挑战和未来研究方向作者认为,在空气稳定的SSE中,首先要有排列有序的整体框架且锂离子位于框架中心。在充放电循环中,将有一个锂离子传输通道以满足锂离子在负极和正极之间有序传输。然后,还可以实现材料的优化和加速锂离子传输,有利于快速充电和快速放电 SSB 的发展。这样,将有可能实现具有安全性好、能量密度高、静态和动态稳定性长、循环寿命长的空气稳定全固态电池。图3. 未来在大气中组装固态电池的示意图Air-stable inorganic solid-state electrolytes for high energy density lithium batteries: Challenges, strategies, and prospects, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12248