一、傳統(tǒng)液態(tài)有機電解質的缺陷

◆熱穩(wěn)定較差、易燃；

◆漏液可能；

◆易在鋰金屬表面分解，縮短電池壽命；

◆無法有效抑制鋰枝晶生長，引起電池短路、起火及爆炸。

二、復合固態(tài)電解質的必要性

利用固態(tài)電解質代替液態(tài)電解質是提升鋰金屬電池壽命和安全性的途徑之一。目前主流的固態(tài)電解質有兩種：

★聚合物固態(tài)電解質：具有良好的柔性、穩(wěn)定的界面和易操作性，但其低溫下的鋰離子導電率較低。由鋰鹽分散至高分子材料，如聚乙二醇（PEO）、聚丙烯腈（PAN）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等制成。

★無機陶瓷固態(tài)電解質：通常具有高離子導電率和阻燃性，但與電極的界面穩(wěn)定性差、界面阻抗大。常見材料包括鈣鈦礦型、石榴石型、NASICON、硫化物等電解質。

上述固態(tài)電解質的缺陷（離子電導率低、界面阻抗大）卻是液態(tài)電解質的優(yōu)勢。因此，集聚合物電解質、無機電解質甚至液態(tài)電解液之長的復合型固態(tài)電解質是具有潛力的高性能鋰金屬電池電解質。

三、復合固態(tài)電解質綜述

浙江大學吳浩斌研究員（通訊作者）和上海師范大學劉肖燕博士合作在Chemistry-AEuropeanJournal上發(fā)表了題為“RecentProgressofHybridSolid-StateElectrolytesforLithiumBatteries”的綜述文章，對層狀聚合物-無機復合固態(tài)電解質、混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質、無機-液態(tài)復合固態(tài)電解質和框架材料-液態(tài)復合固態(tài)電解質的設計原則、離子導電機理、電化學性能及構效關系進行了綜述和討論（圖1）。文末還對復合固態(tài)電解質所面臨的問題和未來應用前景進行了分析和展望。下文將對文章內容做簡要展開，完整內容請參見原文（鏈接附后）。

（a）復合固態(tài)電解質設計原則；（b）本文涉及的四類復合固態(tài)電解質。HSSE:HybridSolidStateElectrolyte，復合固態(tài)電解質。

1.層狀聚合物-無機陶瓷復合固態(tài)電解質

由于無機陶瓷固態(tài)電解質與電極的界面接觸性能較差，且容易發(fā)生副反應，導致界面阻抗大、穩(wěn)定性差。雖然通過添加少量液態(tài)電解質或修飾界面可降低阻抗，但界面副反應仍難以徹底消除。采用柔性聚合物固態(tài)電解質與無機陶瓷復合，形成“三明治”型層狀復合固態(tài)電解質可優(yōu)化電極與電解質間的界面接觸，同時消除副反應，穩(wěn)定界面。

2.混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質

混合型的復合固態(tài)電解質是將高離子導電性的無機固態(tài)電解質顆粒分散至聚合物中制成。這種結構既可降低聚合物結晶程度又能實現(xiàn)鋰離子在無機電解質中的遷移傳導，從而大大提高復合固態(tài)電解質的離子導電率。

3.具有特定結構的混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質

將具有特定納米結構（一維或三維等）的無機固態(tài)電解質與聚合物復合可為鋰離子傳導提供不間斷的傳輸通道，可進一步提高該類復合固態(tài)電解質的離子導電率

4.無機-液態(tài)復合固態(tài)電解質

向液態(tài)電解質中添加無機納米顆?？蓪崿F(xiàn)液態(tài)電解液向固態(tài)或準固態(tài)轉化，在保證較高離子導電率的同時具備固態(tài)電解質的特點。特別是具有豐富孔道結構的無機納米基體，可以通過物理吸附和化學鍵合實現(xiàn)液態(tài)電解液的固態(tài)化，形成鋰離子傳輸通道。

5.有機框架化合物（MOF）–液態(tài)復合固態(tài)電解質

6.共價有機框架化合物（COF）-液態(tài)復合固態(tài)電解質

MOF、COF等框架材料具有豐富的孔道和可控化學結構，是制備復合型固態(tài)電解質的良好基體。通過官能團的調節(jié)，使電中性的框架材料顯示出正電性或者負電性，從而直接或間接的對鋰離子進行錨定，構筑鋰離子傳輸通道。

【小結及展望】

近年來，固態(tài)電解質因高安全性和鋰枝晶生長抑制等功能受到了廣泛關注和研究。復合型固態(tài)電解質可以綜合多種固態(tài)電解質的優(yōu)點，提高固態(tài)電池的性能。通過精確控制復合固態(tài)電解質的組分和結構，可實現(xiàn)對其機械性能、離子導電率、界面穩(wěn)定性等物理化學性能的調控。

盡管固態(tài)電解質領域的發(fā)展十分迅速，但是有關基本原理的探究和實際應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。因此，深入研究復合固態(tài)電解質中鋰離子的傳導機理、各組分間的協(xié)同作用及界面性質將對進一步提高復合固態(tài)電解質的性能提供指導。