南策文团队 Nat. Rev. Mater.：无机-聚合物复合材料助力大规模制备固态电池最新进展

【背景介绍】
锂离子电池（LIBs）将化学能转化为电能，虽然能为智能手机、笔记本电脑等各种便携式电子设备供电，但仍不能满足电动汽车和电网规模的存储系统的实际要求。近年来LIBs的安全事故频繁发生，造成了巨大的损失。在下一代高比能电池中，固态电池（SSBs）、Li-S电池等被研究人员广泛研究。其中， SSBs更是被重点关注，可以提高能量密度、化解与易燃液态电解质相关的LIBs的安全问题。要实现大规模、低成本生产SSBs ，需要修改用于生产LIBs的成熟制造平台来制备SSBs 。然而，制备SSBs需要开发合适的固体电解质。由于无机-聚合物复合（IPC）电解质同时具有无机电解质和聚合物固体电解质的优点，即IPC电解质不仅具有高离子电导率、良好的电极润湿性，而且降低了界面电阻和高稳定性，并具有高安全性，因此其特别适合于大规模制备SSBs 。
【成果简介】
近日，清华大学南策文院士（通讯作者）等人报道了一篇关于无机-聚合物复合材料用于制备固态电池（SSBs）的综述。在本文中，作者首先讨论了为什么无机-聚合物复合材料（IPCs）是适合大规模制备SSBs的固体电解质。接着，作者总结了IPCs电解质的研究进展和面临的挑战，并且讨论了高性能器件复合电解质的设计。最后，作者考虑了将IPC电解质集成到电池中的相关问题，包括IPC电极和电解质电极接口的设计，以及可能的处理技术。研究成果以题为“Tailoring inorganic-polymer composites for the mass production of solid-state batteries”发布在国际著名期刊Nature Reviews Materials上。
【图文解读】
图一、LIBs的生产工艺

本文插图
（a）商用LIBs的大规模制备过程；
【南策文团队 Nat. Rev. Mater.：无机-聚合物复合材料助力大规模制备固态电池最新进展】（b）LIBs具有多层多相复合结构，由多相复合电极层和多孔聚合物隔膜层组成，液体电解质浸透整个电池；
（c）SSBs由层压的IPC正极层、固态电解质层和Li金属负极（或IPC负极层）组成，形成多层多相复合结构。
图二、无机-聚合物复合电解质中的离子传输

本文插图
（a）无机填料的添加增强无机-聚合物复合（IPC）电解质中的离子传输；
（b）IPC电解质的室温离子电导率作为陶瓷填料含量的函数；
（c）IPC电解质的室温离子电导率与陶瓷纳米纤维含量的函数关系；
（d）IPC电解质的室温离子电导率与3D陶瓷骨架含量的函数关系；
（e）IPC电解质的两种实用设计是陶瓷聚合物，包括少量陶瓷填料以及陶瓷聚合物，具有紧密堆积的硫化物基电解质颗粒。