固态电池技术障碍待扫清
   
   　目前，商用锂离子电池一般采用有机液态电解质。电解液与电极材料的界面易发生副反应，导致钝化膜反复生长、界面不稳定，加速了正极材料的离子溶解、结构转变，以及负极材料尤其是金属锂表面的析锂。而且，在较高电压和温度下液态电解质氧化分解，使界面的副反应进一步恶化，造成锂离子电池体积膨胀以及高温失效等。
   　固态电池技术有望解决现有液态电解质锂离子电池应用中存在的安全和寿命等问题，并有望进一步提高电池体系的能量密度。例如，全固态金属锂电池的能量密度可达到现有锂离子电池的2~5倍，且循环性和服役寿命更长，倍率性能更高。作为动力电池未来发展，固态电池成为解决新能源汽车的安全性和续航能力等瓶颈问题的关键。
   　但是，固态电解质替代液态电解质的应用还存在诸多的技术障碍。一方面，固态电解质的室温电导率仍需要继续提升；另一方面，固态电解质与电极及其活性材料的界面问题导致锂离子的扩散动力学条件比液态电解质电池体系相差许多。液态电解质离子电导率较高，并具有流动性和较好浸润性，与多孔正极的相容性好，液态电解质锂离子电池中电极的实际电化学反应面积是几何面积的几十到几百倍，接触电阻相对较低，电芯的内阻在10~15mΩ/A·h。
       因此，固态电解质和金属锂负极的技术进步直接决定了固态电池的发展。与此同时，固态电池技术也对正极材料及其体系匹配性提出了更苛刻的要求。

正极损毁制约发展
   
　    固态电池正极材料是由固态活性颗粒组成，与刚性电解质材料的接触界面的相容性较差，在外界不施加压力的情况下界面处存在很多微小的缝隙。循环嵌锂化合物正极材料在脱嵌锂离子过程中会发生较大的晶格畸变和颗粒体积变化，过渡金属离子迁移诱发产生的结构转变导致晶胞体积变化巨大，活性颗粒表面集中出现微裂纹和孔洞，破坏了正极材料颗粒与电解质之间连续的传输网络，严重阻碍了Li+的迁移。目前以转换反应为主的高容量材料如FeF3、MoS2等应用到固态电池中，其储锂过程体积变化造成的电子和离子传输网络的破坏和损毁的现象更严重。
   　此外，正极材料的比表面较大，其表面的残余物质与电解质或粘结剂发生化学反应，导致界面电阻增大。而且，正极材料例如高镍三元正极在高脱锂状态下氧化性高，同时伴随活性氧离子的产生，会诱发电解质的分解，加剧界面副反应的发生，最终导致界面失效。
       界面新建物理场的影响也不可忽略，例如正极材料与硫化物电解质的界面会形成空间电荷层，Li+大量移向正极侧、界面电解质处是贫锂侧，局部电场的产生增大了锂离子在界面处的迁移阻力，导致固态电池正极性能下降和循环寿命降低。

固态电池对正极材料的新要求
   
　   以上问题对电池正极材料提出了新的要求，以适应固态电池的发展。
   　一是具有高比容量和高能量密度。
      固态电池能量密度的提升是众望所归，但固态电解质（除一些聚合物固态体系之外）的密度都高于液态电解质，将同体积的液态电解质置换为固态电解质，电池的能量密度均显著降低。而且，为构筑正极中连续的锂离子传输通道，往往会增加固态电解质的比例。此外，固态电解质材料多以粉体颗粒或薄膜的形式存在于正极中，具备不可压缩性，在正极中占据更多的体积，固态电池电芯的质量及体积能量密度会进一步降低。因此，具有高比容量和高能量密度的正极材料成为发展固态电池的必然之选。目前，高镍三元（NCM）以及LiNi1-x-yCoxAlyO2(NCA)材料以高容量、较高工作电压成为固态电池正极材料的备选体系。5V尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料具有更高的放电平台(4.7 V)以及优异的锂离子快速传输能力和倍率性能，也成为固态电池有力的正极候选材料。硫化物正极材料具有比氧化物正极高出几倍甚至一个数量级的理论比容量，且与硫化物固态电解质的化学势相近，直接接触不会造成严重的空间电荷层效应，目前也被认为是具有应用前景的固态电池正极材料。
   　二是提高结构和表面稳定性。
      体相结构稳定性的提高能够避免因晶格畸变造成的颗粒开裂、与固态电解质的物理接触被破坏。表面稳定性的提高能够避免正极材料与固态电解质发生反应，降低由于界面电阻升高使极片内部电子和离子的传输通道受阻情况的发生。对正极材料进行体相掺杂、表面包覆以及梯度材料的设计能够提高材料的结构稳定性以及与电解质接触界面的稳定性。目前报道比较集中的技术包括在正极颗粒表面覆盖超薄固态电解质层或原位生成固态电解质层。但是，正极材料与固态电解质的界面问题复杂多样，要针对不同正极材料的特点筛选固态电解质体系以及构建稳定界面的方法。
 　  三是提高正极材料电子电导和离子电导，并构筑连续的传输网络。
       正极材料自身电子电导和锂离子电导率的提升可以有效提升电池性能，例如离子掺杂可以改变材料的晶胞参数，实现在稳定体相结构的同时提升材料的电导率。同时，在正极体系中构筑长程的、连续的、稳定的电子和离子传输网络直接决定了固态电池的性能和寿命。在正极颗粒表面包覆或原位形成快离子导体层，抑制颗粒形变的同时能够有利于颗粒表面的Li+的传输。引入高离子导电的粘结剂，发挥一物多效的作用，构筑电子和离子传输通道的同时降低固体电解质的质量占比。
   　四是具有优异的高温循环稳定性和热稳定性。尽管固态电池不存在由于液态电解质的应用所引发的安全隐患，但出于提升体系离子电导率的目的而提高固态电池的工作温度（例如PEO基固态聚合物电池需要在60℃~85℃温度下运行），就给正极材料在高温下的性能稳定性和热稳定性提出了更高的要求。同时，选择匹配的耐高温粘结剂也是保障正极材料高温下稳定性的重要措施。
　　
　   具有高能量密度、长寿命以及高安全性的全固态锂电池的发展仍然任重而道远。积极开发固体电解质、解决金属锂作为负极的技术难题十分必要，同时开发具有高比容量、高稳定性的正极材料更是势在必行，从电极材料的角度优化和提升与电解质界面的性能和稳定性，发挥关键材料的协同效应，将促进固态电池应用的早日实现。