随着便携式电子设备、电动汽车和大规模储能需求的发展以及对电池使用安全性的广泛关注，固态锂电池凭借安全性高、能量密度高和循环寿命长等优点，被视为未来新能源汽车和储能领域的颠覆性技术。固态电池实现的关键时，采用固态电解质替代传统的液态电解质，固态电解质不光可以传输锂离子，还能够作为隔膜，阻碍电子的传输，防止发生短路。

固态电解质可以分为无机固态电解质和聚合物固态电解质以及聚合物-无机复合电解质，由于无机固态电解质的界面力学稳定性不如有机固态电解质，需要高堆叠压力来保持与电极的密切接触，会对电池的能量密度会有一定的影响。因此以一些聚合物作为固体电解质得到了广泛的重视，聚合物电解质良好的蠕变黏附性使其能与电极之间形成良好的界面接触，但在室温下，大多数聚合物均含有较大的结晶区域，导致离子电导率和电化学稳定性比无机电解质差，也难以在固态锂电池中得到应用。于是结合两种电解质优势，将无机纳米颗粒引入聚合物基质，构筑成聚合物-无机复合电解质一直是研究的热点。

目前，无机纳米颗粒在固态复合电解质中的引入方式主要有以下几种：

一、做填充剂

将无机纳米材料作填充材料，掺入聚合物-锂盐体系的固体聚合物电解质中，不仅提高了聚合物电解质热稳定性，而且由于其在整个聚合物电解质中分散良好，破坏了聚合物的结晶区域，促进聚合物链段运动，从而改善电解质的电化学性能，而与聚合物建立交错连接的结构也使得固态电解质的结构稳定性和机械强度大大提升。

结晶度降低促进锂离子输运示意图

无机填料分为惰性填料和活性填料两类，常见的惰性填料包括TiO₂、Al₂O₃、BaTiO₃、蒙脱土等，通常不参与锂离子传导过程，而是利用其特殊的表面基团和较大的比表面积，限制高分子链的再结晶，从而增加局部无定形区域的尺寸。相对惰性填料而言，活性填料参与了锂离子的传输过程，除了可降低聚合物基质的结晶度，为聚合物和填料之间提供了高导电界面层外，还可以充当Li源，为填料-聚合物界面区提供更多的Li离子，并吸引Li离子使其沿其表面传输，因此，相比惰性填料，活性填料在固态电解质的应用中被寄予更高的期望。

二、无机纳米颗粒原位生成复合电解质

无机纳米颗粒作为填料与聚合物电解质进行简单的掺杂，有时并不能使其达到很好的分散性，

而原位聚合是一种有效的解决方法。相比简单的掺杂，原位聚合更均匀的分散性能更有效的破坏聚合物的结晶结构，改善其电化学性能和机械性能。

原位形成凝胶聚合物电解质（GPE）示意

通常原位聚合制备工艺主要分为两种:

1、聚合物单体在充满无机填料的均相体系下聚合：

即通过将无机填料、聚合物分别溶于有机溶剂中获取均相体系后共混或直接将两者共同溶于有机溶剂中获得前驱体溶液，再转移至模具中发生原位聚合，制备出无机填料均匀分散的复合电解质

2、无机填料在聚合物内部或者表面原位成核形成复合电解质：

即将无机填料及少量催化剂等加入聚合物有机均相体系中进行共混搅拌，通过静电纺丝等技术在聚合物内部或者表面原位成核形成复合电解质。

三、电解质表面无机纳米颗粒涂层

除了将无机纳米颗粒直接掺杂进聚合物电解质中，直接将其与聚合物粘合剂在基材表面上形成网络结构的涂层，也是解决聚合物电解质力学性能差、电导率低，实现聚合物电解质进一步应用的有效方法。

这种方法一般是采用浸涂技术：将二氧化钛、二氧化硅、氧化铝等无机纳米颗粒与粘结剂分散在有机溶液中，再将聚合物浸入其中，在特定温度下干燥挥发后即可得到复合电解质膜。无机纳米颗粒可在复合电解质上制备具有热稳定性的涂层，并提供有效的加热保护，防止隔膜发生显著的热收缩，除此之外还增强电解质表面的孔隙率、电解液吸液率和离子电导率，并在提高循环容量方面也起着重要作用。

制备涂覆在聚丙烯隔膜上的PS-co-PBA@SiO₂的示意图

三、电解质内无机纳米填料夹层

随着对固态电池机制研究的不断深入，在两层聚合物电解质中间填充一层高浓度无机纳米填料的夹层工艺也被开发出来。无机纳米颗粒夹层除了能够发挥无机填料的高电导率优势，还有一个关键作用：有效诱导锂镀层远离固体电解质，防止金属锂和固体电解质之间的直接接触，并凭借其较高的机械强度有效抑制锂枝晶的生长。

二氧化硅纳米粒子夹层隔板的SEM图像

与上述无机纳米颗粒涂层一样，夹层复合电解质的制造也可以通过使用传统浆料涂覆工艺完成，与制造锂离子电池的常规工艺兼容，具有简单高效的优点，易于实现工业化大规模的生产。

参考文献：

1、郭健.无机纳米颗粒在锂离子电池复合电解质中的应用[J].山东化工,.

2、赵依纯,刘学清.基于复合型固态电解质无机相填料材料的研究进展[J].塑料工业.

3、国洪瑶,吴晓萌,吴勇民等.无机填料在复合固态电解质中的作用机制研究进展[J].材料导报.

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