关于常见的全固态电池电极材料，你知道有哪些吗？

尽管在固体电解质和电极材料之间的界面上基本上没有固体电解质分解的副反应，但是固体特性使电极/电解质的界面相容性差，并且界面阻抗过高，严重影响了离子的传输，最终导致固态电池的循环寿命低且性能不佳。另外，能量密度不能满足大型电池的要求。电极材料的研究主要集中在两个方面：一是修饰电极材料及其界面，以提高电极/电解质界面的相容性。另一种是开发新的电极材料，以进一步提高固态电池的电化学性能。
正极材料
全固态电池阴极通常使用复合电极，除了电极活性材料外，复合电极还包括固体电解质和导电剂，它们在电极中传输离子和电子方面发挥着作用。 LiCoO2，LiFePO4，LiMn2O4和其他氧化物阴极通常用于全固态电池中。当电解质是硫化物时，由于化学势的巨大差异，氧化物正电极比硫化物电解质更强地吸引Li +，从而导致大量Li +移动到正电极，界面中的锂电解质不良。
如果氧化物正电极是离子导体，则在正电极处还将形成空间电荷层。然而，如果正极是混合导体（例如，LiCoO 2既是离子导体又是电子导体），则氧化物中的Li +浓度将通过电子传导而被稀释。电荷层消失。此时，硫化物电解质上的Li +再次移动到正极，并且电解质上的空间电荷层进一步增加，导致影响电池性能的非常大的界面阻抗。
在正极和电解质之间添加离子导电氧化物层可以有效地抑制空间电荷层的产生并降低界面阻抗。另外，增加正极材料的离子电导率可以达到优化电池性能和增加能量密度的目的。为了进一步提高全固态电池的能量密度和电化学性能，人们还积极研究和开发新的高能阴极，其主要包括高容量三元阴极材料和5V高压材料。三元材料均具有层状结构，理论比容量高。
除氧化物阴极外，硫化物阴极也是所有固态电池阴极材料的重要组成部分。这样的材料通常具有高的理论比容量，其是氧化物阴极的理论比容量的几倍或什至一个数量级。它与具有良好导电性的硫化物固体相容。当匹配电解质时，由于化学势相似，所以不会引起严重的空间电荷层效应，并且期望所获得的全固态电池满足高容量和长寿命的实际循环要求。

阳极材料
金属锂负极材料
由于其高容量和低电势，它已成为所有固态电池最重要的负极材料之一。但是，金属锂在循环过程中会产生锂树枝状晶体，这不仅会减少可用于插入/脱附的锂的数量，还会严重引起安全问题，例如短路。
另外，金属锂非常活泼并且容易与空气中的氧气和水分反应，并且金属锂不能承受高温，这给电池的组装和应用带来了困难。添加其他金属和锂以形成合金是解决上述问题的主要方法之一。这些合金材料通常具有较高的理论容量，并且其他金属的添加降低了金属锂的活性，这可以有效地控制锂枝晶的形成和形成。电化学副反应的出现促进了界面的稳定性。然而，锂合金负极具有一些明显的缺陷。主要原因是电极体积在循环过程中发生很大变化。在严重的情况下，电极粉会失效，循环性能会大大降低。同时，由于锂仍然是电极的活性材料，因此仍然存在相应的安全隐患。
碳基负极材料
具有碳基团的碳基，硅基和锡基材料是用于全固态电池的另一重要负极材料。碳基材料通常以石墨材料为代表。石墨碳具有适合锂离子插入和提取的层状结构，具有良好的电压平台，充放电效率超过90％。但是，低的理论容量（仅372mAh / g）是此类材料的最大缺点。目前的实际应用已基本达到理论极限，不能满足高能量密度的要求。
氧化物阳极材料
主要包括金属氧化物，金属基复合氧化物和其他氧化物。这些氧化物均具有较高的理论比容量。然而，在从氧化物代替元素金属的过程中，消耗大量的锂，导致巨大的容量损失，并且循环过程伴随着巨大的体积变化，这导致电池碳基材料的失败。这个问题可以改善。