許多商用鋰離子電池使用易燃和揮發(fā)性溶劑，這些溶劑可能會(huì)泄漏并引發(fā)火災(zāi)。對(duì)于大容量、高電壓和高能量密度的鋰離子電池來(lái)說(shuō)尤其如此。為了解決這個(gè)問(wèn)題，生產(chǎn)更安全可靠的鋰離子電池的有效方法之一是用不易燃的固體電解質(zhì)代替易燃的有機(jī)液體電解質(zhì)。

開(kāi)發(fā)具有高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)和降低電極/電解質(zhì)界面阻抗是改進(jìn)全固態(tài)鋰離子電池的先決條件。無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)具有單陽(yáng)離子導(dǎo)電性、離子傳輸快、熱穩(wěn)定性高等特點(diǎn)，是最有前途的全固態(tài)鋰離子電池電解質(zhì)材料。

固體電解質(zhì)的基本要求是：離子電導(dǎo)率高（室溫），電子電導(dǎo)率可忽略不計(jì)，結(jié)構(gòu)在較大的溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定，與正負(fù)電極的接觸在較大的充放電電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定可靠。

對(duì)于大多數(shù)固體材料，例如大多數(shù)離子晶體材料，它們只有在液態(tài)（溶液或高溫熔融）時(shí)才具有高離子電導(dǎo)率。在固態(tài)下，它們幾乎完全不能傳導(dǎo)離子。固體電解質(zhì)是指在固態(tài)下具有相對(duì)較高離子電導(dǎo)率（類(lèi)似于熔鹽或液體電解質(zhì)）的材料，被稱(chēng)為快離子導(dǎo)體和超離子導(dǎo)體。這個(gè)概念經(jīng)常被用來(lái)指代一些固體物質(zhì)，其離子電導(dǎo)率與液體電解質(zhì)或熔鹽的離子電導(dǎo)率相似。

固體電解質(zhì)的歷史可以追溯到19世紀(jì)末Nerst發(fā)現(xiàn)的可以傳導(dǎo)氧離子的穩(wěn)定氧化鋁發(fā)光體（1897年稱(chēng)為Nerst發(fā)光體）的出現(xiàn)。然而，在接下來(lái)的半個(gè)世紀(jì)里，人們并不了解離子晶體的傳導(dǎo)機(jī)制，直到1943年瓦格納在他的一篇論文中對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)闡述。隨著固體物理化學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)并研究了許多新的固體離子傳導(dǎo)現(xiàn)象。主要發(fā)現(xiàn)包括各種堿金屬鹵化物離子導(dǎo)體，其中劃時(shí)代的固體電解質(zhì)是Tubandt等人發(fā)現(xiàn)的碘化銀（AgI）。也就是說(shuō)，當(dāng)固體碘化銀在149°C從β相變?yōu)棣料鄷r(shí)，其離子電導(dǎo)率突然變得幾乎與液體AgI一樣高。

因此，α-AgI成為第一個(gè)“超離子導(dǎo)體”。此后，由于α-AgI具有非凡的離子導(dǎo)電性，從物理和晶體化學(xué)方面對(duì)其進(jìn)行了廣泛的研究。1935年，Strock從晶體學(xué)的角度指出，α-AgI中的Ag（每個(gè)細(xì)胞中有兩個(gè)Ag）在統(tǒng)計(jì)上分布在由陰離子（I-）組成的體心立方中的42個(gè)等效間隙中。這表明陽(yáng)離子（Ag+）晶格是熔融狀態(tài)。盡管這種解釋的一些細(xì)節(jié)仍然存在爭(zhēng)議，但人們認(rèn)為α-AgI的高Ag+電導(dǎo)率來(lái)自于一種特定的晶體結(jié)構(gòu)，如α-AgI。同時(shí)，Joffe從晶體缺陷理論的角度提出了晶格缺陷或間隙離子的概念。

根據(jù)離子輸運(yùn)的熱力學(xué)理論，在20世紀(jì)60年代中期，人們?cè)O(shè)計(jì)并合成了一種離子電導(dǎo)率接近電解質(zhì)溶液的固體電解質(zhì)材料RbAg4I5。另一個(gè)成功的例子是Goodenough等人于1967年設(shè)計(jì)和合成的著名鈉離子導(dǎo)體NASICON（Na1+xZr2P3-xSixO12）。這是一種固體電解質(zhì)，基于晶體化學(xué)領(lǐng)域的人們所理解的三維隧道結(jié)構(gòu)中離子的傳導(dǎo)機(jī)制，它完全適合材料的結(jié)構(gòu)。這種成功的材料設(shè)計(jì)很快催生了許多新的固體離子導(dǎo)體。然而，自20世紀(jì)50年代以來(lái)最重要的發(fā)現(xiàn)可能是Kunmer等人合成的具有高鈉離子電導(dǎo)率的β-Al2O3（理想成分為Na2O·11Al2O3）。

總結(jié)

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，由于能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存的需要，合成了許多新型固體電解質(zhì)材料，并對(duì)其進(jìn)行了廣泛深入的研究，包括氧離子導(dǎo)體、氟離子導(dǎo)體、銀離子導(dǎo)體和銅離子導(dǎo)體、鈉離子導(dǎo)體和鉀離子導(dǎo)體、質(zhì)子導(dǎo)體和鋰離子導(dǎo)體。目前，以制備固體電解質(zhì)材料為核心的固體電化學(xué)器件正在形成一類(lèi)新的高科技，包括高能密度電池、陶瓷膜燃料電池、固體電化學(xué)傳感器、高溫膜反應(yīng)器和電化學(xué)催化。基于無(wú)機(jī)固體的快速離子導(dǎo)電性發(fā)展起來(lái)的固體離子學(xué)已成為現(xiàn)代材料科學(xué)和固體化學(xué)的一個(gè)重要分支。