固态电解质中三大主流体系：硫化物、卤化物、氧化物，它们在结构、离子电导率、化学稳定性、制备工艺以及应用上各有优缺点，下面来分几个方面展开：

1. 材料组成与结构特征

        •      硫化物固态电解质

        •      主要成分：以Li₂S、P₂S₅、GeS₂、SiS₂等为基础。

        •      特征：S²⁻离子半径较大、极化性强，使晶格“更松”，锂离子迁移通道宽广。

        •      常见代表：LGPS（Li₁₀GeP₂S₁₂）、LPS（Li₂S–P₂S₅ 体系）。

        •      卤化物固态电解质

        •      主要成分：以 LiCl、LiBr、LiI 等卤化物为基础。

        •      特征：卤素离子（Cl⁻、Br⁻、I⁻）极化性较强，能提供相对柔软的晶格环境，有利于锂离子迁移。

        •      常见代表：Li₃YCl₆、Li₃InCl₆、Li₃YBr₆。

        •      氧化物固态电解质

        •      主要成分：以 Li₂O、Al₂O₃、La₂O₃、ZrO₂ 等氧化物为基础。

        •      特征：O²⁻半径较小，电负性强，晶格刚性大，稳定性优异，但离子迁移通道相对较窄。

        •      常见代表：LLZO（Li₇La₃Zr₂O₁₂）、LATP（Li₁.₃Al₀.₃Ti₁.₇(PO₄)₃）。

 

2. 锂离子电导率

        •      硫化物

        •      电导率最高，可达10⁻³–10⁻² S/cm（室温），接近液态电解液。

        •      例如LGPS 体系 >10⁻² S/cm。

        •      卤化物

        •      电导率介于氧化物与硫化物之间，一般为10⁻³–10⁻⁴ S/cm。

        •      但某些优化后的卤化物（如 Li₃YCl₆）在室温下能超过10⁻³ S/cm。

        •      氧化物

        •      电导率相对较低，通常在 10⁻³–10⁻⁵ S/cm。

        •      LLZO最佳可达10⁻³ S/cm，但工艺要求高。

 

3. 化学与电化学稳定性

        •      硫化物

        •      优点：与锂金属接触性能较好（界面阻抗低）。

        •      缺点：对空气和水敏感，易分解生成H₂S气体；高电压下易被氧化。

        •      卤化物

        •      优点：空气中稳定性优于硫化物；氧化稳定窗口相对较宽（可达4.5-5V）。

        •      缺点：与锂金属直接接触时会有还原分解问题，需要界面修饰。

        •      氧化物

        •      优点：热稳定性、化学稳定性最好，空气中稳定，不会像硫化物那样生成有害气体。

        •      缺点：与锂金属接触时界面阻抗很大，需要在界面进行涂层（如LiNbO₃、Li₃PO₄）。

 

4. 加工与制备难度

        •      硫化物

        •      可在相对较低的温度下通过高能球磨+热处理制备，工艺简单，烧结温度低。

        •      但要求严格的 无水无氧环境（手套箱操作）。

        •      卤化物

        •      多数也能通过球磨或固相反应制备，烧结温度不高。

        •      湿度敏感性较低，相比硫化物更容易操作。

        •      氧化物

        •      一般需要高温烧结（>1000℃），致密化难度大。

        •      界面接触性差，加工成本高。

 

5. 力学性能

        •      硫化物

        •      类似玻璃，柔软、可冷压成型，与电极接触良好。

        •      但机械强度和断裂韧性较差，容易开裂。

        •      卤化物

        •      力学性能介于硫化物和氧化物之间，既有一定柔性，又比硫化物坚硬。

        •      氧化物

        •      陶瓷特性，硬脆，难以与电极紧密接触，容易产生高界面阻抗。

 

6. 应用方向

        •      硫化物

        •      适合大规模全固态电池开发，尤其是电动车领域。

        •      已有日本全固态电池企业（如丰田、日立化成）重点布局。

        •      卤化物

        •      新兴方向，兼具电化学稳定性和中等电导率。

        •      在高电压正极（如 NCM、NCA）匹配方面具有优势，未来潜力很大。

        •      氧化物

        •      由于稳定性最好，常用于科研和部分高安全性领域（如医疗器械、电动工具）。

        •      更适合“安全性优先”的场景，而非“能量密度优先”。