一、傳統(tǒng)液態(tài)有機電解質(zhì)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(zhì)的必要性

利用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解質(zhì)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(zhì)有兩種：

★聚合物固態(tài)電解質(zhì)：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(zhì)：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(zhì)。

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

三、復合固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)、混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質(zhì)、無機-液態(tài)復合固態(tài)電解質(zhì)和框架材料-液態(tài)復合固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計原則、離子導電機理、電化學性能及構(gòu)效關(guān)系進行了綜述和討論（圖1）。文末還對復合固態(tài)電解質(zhì)所面臨的問題和未來應(yīng)用前景進行了分析和展望。下文將對文章內(nèi)容做簡要展開，完整內(nèi)容請參見原文（鏈接附后）。

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

1.層狀聚合物-無機陶瓷復合固態(tài)電解質(zhì)

由于無機陶瓷固態(tài)電解質(zhì)與電極的界面接觸性能較差，且容易發(fā)生副反應(yīng)，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(zhì)或修飾界面可降低阻抗，但界面副反應(yīng)仍難以徹底消除。采用柔性聚合物固態(tài)電解質(zhì)與無機陶瓷復合，形成“三明治”型層狀復合固態(tài)電解質(zhì)可優(yōu)化電極與電解質(zhì)間的界面接觸，同時消除副反應(yīng)，穩(wěn)定界面。

2.混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質(zhì)

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

3.具有特定結(jié)構(gòu)的混合型聚合物-無機復合固態(tài)電解質(zhì)

將具有特定納米結(jié)構(gòu)（一維或三維等）的無機固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)的離子導電率

4.無機-液態(tài)復合固態(tài)電解質(zhì)

向液態(tài)電解質(zhì)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(zhuǎn)化，在保證較高離子導電率的同時具備固態(tài)電解質(zhì)的特點。特別是具有豐富孔道結(jié)構(gòu)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(zhì)

6.共價有機框架化合物（COF）-液態(tài)復合固態(tài)電解質(zhì)

MOF、COF等框架材料具有豐富的孔道和可控化學結(jié)構(gòu)，是制備復合型固態(tài)電解質(zhì)的良好基體。通過官能團的調(diào)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(gòu)筑鋰離子傳輸通道。

【小結(jié)及展望】

近年來，固態(tài)電解質(zhì)因高安全性和鋰枝晶生長抑制等功能受到了廣泛關(guān)注和研究。復合型固態(tài)電解質(zhì)可以綜合多種固態(tài)電解質(zhì)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(zhì)的組分和結(jié)構(gòu)，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(diào)控。

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