固態(tài)電解質(zhì)

　　固態(tài)電解質(zhì)與液體有機(jī)電解液相比用于鋰電池后具有更大的優(yōu)勢，例如設(shè)計(jì)簡單、封裝方便、抗沖擊抗震動性能好、耐溫度和壓力性能好、電化學(xué)穩(wěn)定性和范圍廣、安全性好等。然而，固態(tài)電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性相對還較受限制。一般來說，固態(tài)電解質(zhì)可以分為凝膠型聚合物、無溶劑聚合物、無機(jī)晶體化合物、無機(jī)玻璃態(tài)物質(zhì)等。在無機(jī)晶體化合物內(nèi)部，鋰離子的傳導(dǎo)是因?yàn)橐苿与x子在周圍電位的能量有利位點(diǎn)之間跳躍形成的，周圍離子的運(yùn)動為移動離子提供激活能量以促使其通過晶體結(jié)構(gòu)中的通道。

　　聚合物電解質(zhì)的離子傳輸機(jī)制與無機(jī)晶體化合物和液態(tài)電解液的傳輸機(jī)制不同。在無溶劑的聚合物電解質(zhì)中，離子遷移率受聚合物主體材料運(yùn)動的影響。離子僅在聚合物鏈段經(jīng)歷與玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）有關(guān)的相當(dāng)大振幅運(yùn)動時(shí)才移動。聚合物電解質(zhì)在高于玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)才表現(xiàn)出快的離子電導(dǎo)率，此時(shí)聚合物電解質(zhì)主要由非晶相構(gòu)成。因此，低玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg的聚合物如PEO（Tg-50至-57℃）已成為無溶劑電解質(zhì)的重要聚合物主體，并且正在研究該聚合物的非晶化作為增加其離子電導(dǎo)率的方式。由于低分子量溶劑在聚合物中的擴(kuò)散以及聚合物鏈段的運(yùn)動，凝膠型聚合物電解質(zhì)表現(xiàn)出比無溶劑電解質(zhì)更快的離子傳導(dǎo)。

　　以PEO為例，該類聚合物的電解質(zhì)傳輸機(jī)制如上圖所示，通電以后，聚合物中非晶部分的鏈段運(yùn)動導(dǎo)致Li+的“解絡(luò)合—再絡(luò)合”過程的反復(fù)進(jìn)行而促使離子實(shí)現(xiàn)快速遷移。

　　在半導(dǎo)體工業(yè)中開發(fā)的基于薄膜技術(shù)的固體電解質(zhì)已經(jīng)作為固態(tài)微電池的關(guān)鍵組件被深入研究。由于合成時(shí)間長和制造過程中的高溫條件需求，為微電池開發(fā)的大多數(shù)晶態(tài)和玻璃態(tài)電解質(zhì)的成本太高。除了這些缺點(diǎn)之外，用于固態(tài)電解質(zhì)的無機(jī)材料通常含有昂貴的金屬，如Ge，Ti，Sc，In，Lu，La和Y等。由于放大和應(yīng)用大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)時(shí)遇到的困難，僅凝膠型聚合物電解質(zhì)在商業(yè)上取得成功。