综述：锂离子电池固态电解质的研究进展与挑战

这篇综述系统梳理了全固态锂电池（ASSLBs）用固态电解质（SSEs）的最新研究进展与产业化挑战，聚焦氧化物/硫化物/卤化物/氢化物基无机电解质及固态聚合物电解质（SPEs）的离子传导机制（如Li+迁移）、界面改性策略（如人工SEI）和规模化制备技术（如3D打印），为学术界与工业界协同突破能量密度与安全性瓶颈提供了多维路线图。

　　

固态电解质的崛起与挑战

随着全球对清洁能源需求的激增，锂离子电池（LIBs）虽主导电化学储能领域，但传统有机液态电解质（LEs）的易燃性和窄电化学稳定窗口（ESW）制约了高能量密度发展。固态电解质（SSEs）以其本征安全性、宽ESW（如氧化物基SSEs达5.5 V vs. Li⁺/Li）和锂枝晶抑制能力，成为全固态锂电池（ASSLBs）的核心材料。

氧化物基固态电解质：稳定但高阻抗

氧化物基SSEs（如LiPON、NASICON型Li_1+xZr₂Si_xP_3–xO₁₂）凭借优异热稳定性备受关注，但晶界阻抗导致室温电导率普遍低于0.01 mS cm^?1。通过晶格掺杂（如Si⁴⁺替换P⁵⁺）和低温烧结工艺可优化离子通道，而原子层沉积（ALD）技术能有效降低电极/电解质界面阻抗。

硫化物基固态电解质：高导但环境敏感

硫化物基SSEs（如Li₁₀GeP₂S₁₂）室温电导率突破12 mS cm^?1，媲美液态电解质，但对水分敏感且界面副反应频发。通过卤素掺杂（如Li₂S-P₂S₅-LiI体系）和机械化学合成可提升稳定性，而纳米级缓冲层（如Li₃PO₄）能抑制锂枝晶穿透。

新兴电解质：氢化物与卤化物的突破

氢化物基SSEs（如LiBH₄）凭借高还原稳定性适配金属锂负极，但需通过阴离子复合（如Li₄(BH₄)₃I）将电导率提升至1 mS cm^?1。卤化物基材料（如Li₃YCl₆）则因溶剂介导合成和水氧稳定性崭露头角，其3D框架结构可实现1.7 mS cm^?1的高电导率。

聚合物电解质：柔性化与复合设计

固态聚合物电解质（SPEs）以聚氧化乙烯（PEO）为代表，通过添加纳米填料（如SiO₂）和交联改性可在?40°C~100°C宽温域工作。共聚物设计（如PEO-PPC）和原位聚合技术正推动其在高能量密度柔性电池中的应用。

产业化瓶颈与协同创新

当前ASSLBs产业化面临材料成本（如Ge元素）、规模化制备（如硫化物SSEs的干法成型）和器件级验证等挑战。丰田的硫化物电解质中试线和QuantumScape的多层电池技术标志着工业界探索方向，而学术界需在材料基因组（如机器学习辅助筛选）和界面表征技术（如原位TEM）上持续突破。

未来展望

下一代SSEs需兼顾多指标平衡：氧化物基材料需突破低温烧结工艺，硫化物体系应开发低成本元素替代（如Sn替代Ge），氢化物与卤化物需优化界面兼容性。唯有通过“材料-界面-工艺-设备”全链条创新，才能实现ASSLBs在电动汽车和储能电网的大规模应用。