如何理解復(fù)合電解質(zhì)導(dǎo)電機(jī)理

目前人們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，固態(tài)電池能夠有效的避免易燃性，而且能夠使用Li金屬作為陽(yáng)極，因此人們普遍認(rèn)為固態(tài)電池是實(shí)現(xiàn)安全性更高、能量密度更大的電池技術(shù)。通過(guò)聚合物-陶瓷復(fù)合物作為電解質(zhì)可能為固態(tài)電池提供機(jī)會(huì)，這是因?yàn)榫酆衔?陶瓷復(fù)合固體電解質(zhì)能夠?qū)⒕酆衔镫娊赓|(zhì)的機(jī)械力學(xué)優(yōu)點(diǎn)和陶瓷電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性和高導(dǎo)電性優(yōu)勢(shì)結(jié)合。

有鑒于此，阿爾卑斯-格勒諾布爾大學(xué)Renaud Bouchet等報(bào)道研究各種不同的液體電解質(zhì)作為聚合物電解質(zhì)的模型，評(píng)價(jià)添加各種不同的多孔致密陶瓷電解質(zhì)對(duì)導(dǎo)電性的影響。研究結(jié)果與等效介質(zhì)理論（effective medium theory）很好的吻合，因此能夠預(yù)測(cè)復(fù)合電解質(zhì)的導(dǎo)電性。作者認(rèn)為這種高導(dǎo)電性的多孔粒子在體系中起到絕緣作用，致密粒子作為導(dǎo)電作用，通過(guò)這項(xiàng)研究得以更加深入的理解復(fù)合電解質(zhì)導(dǎo)電機(jī)理。

本文要點(diǎn)：

（1）當(dāng)液體/聚合物介質(zhì)種的陶瓷顆粒濃度低于滲流閾值，通過(guò)基于有效介質(zhì)理論的模型能夠很好的對(duì)各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行解釋。向粘彈性的電解液中引入多孔顆粒，不論電解液和鹽的濃度為多少，都能夠系統(tǒng)性的降低導(dǎo)電性。這種現(xiàn)象是一種微結(jié)構(gòu)效應(yīng)，導(dǎo)電性降低的唯一原因是其多孔結(jié)構(gòu)。陶瓷晶粒-晶粒之間的接觸點(diǎn)是電流的堵塞點(diǎn)（接觸點(diǎn)的導(dǎo)電性比體相導(dǎo)電性低兩個(gè)數(shù)量級(jí)），因此導(dǎo)致固體的整體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為絕緣。只有當(dāng)電解液被陶瓷材料分解，才能發(fā)現(xiàn)導(dǎo)電性提高的現(xiàn)象，比如PEG-240和LLZO混合的情況。不同之處是，只要是陶瓷材料的導(dǎo)電性高于液體電解質(zhì)，加入致密顆粒就可以提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性。這項(xiàng)研究結(jié)果為優(yōu)化電解液復(fù)合物提供方法和道路。

（2）在陶瓷固體顆粒處于低濃度，觀測(cè)發(fā)現(xiàn)一些表面現(xiàn)象（比如雙電層的電荷累積作用對(duì)導(dǎo)電起到重要影響），當(dāng)陶瓷固體顆粒的濃度非常高，表面導(dǎo)電性不會(huì)明顯改善導(dǎo)電性。聚合物可能通過(guò)陶瓷顆粒之間相互作用產(chǎn)生局部效應(yīng)，并且影響陶瓷顆粒附近的表面導(dǎo)電性。此外，作者在陶瓷顆粒/液體電解液的界面上并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)影響離子的電荷轉(zhuǎn)移電阻，說(shuō)明這種效應(yīng)對(duì)該體系的影響作用非常弱。