根據(jù)使用材料的不同，固態(tài)電池可劃分為固態(tài)鋰離子電池和固態(tài)鋰金屬電池。 固態(tài)鋰離子可沿用傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池材料體系，如三元/磷酸鐵鋰正極，石墨/硅碳負極。負極采用金屬鋰的則為固態(tài)鋰金屬電池，金屬鋰由于其高的理論比容量和低的電化學勢而被認為是鋰電池理想的負極材料。 傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)鋰電池若采用金屬鋰做負極，在反復充放電過程中金屬鋰會出現(xiàn)枝晶生長、粉化等問題，導致循環(huán)性變差和產(chǎn)生安全隱患。所以傳統(tǒng)鋰電池采用低容量，不容易讓鋰離子生根發(fā)芽的石墨作為負極。而固態(tài)電解質(zhì)可很好地扼制枝晶的生長，故進行固態(tài)電池研究時，均較多地聚焦于金屬鋰負極。 根據(jù)液態(tài)電解質(zhì)占電芯材料混合物的質(zhì)量分數(shù)分類，電池可細分為液態(tài)(25%)、半固態(tài)(5% ~10%)、準固態(tài)(0%~5%)和全固態(tài)(0%)四大類，其中半固態(tài)、準固態(tài)和全固態(tài)3種統(tǒng)稱為固態(tài)電池。 相比液態(tài)電池，半固態(tài)電池減少液態(tài)電解質(zhì)的用量，增加氧化物和聚合物的復合電解質(zhì)，其中氧化物主要以隔膜涂覆和正負極包覆形式添加，聚合物以框架網(wǎng)絡形式填充，此外負極從石墨體系升級到預鋰化的硅基負極、鋰金屬負極，正極從高鎳升級到了高鎳+高電壓、富鋰錳基等正極,隔膜仍保留并涂覆固態(tài)電解質(zhì)涂層，鋰鹽從LiPF6 升級為LiTFSI，能量密度可達350 Wh/ kg 以上。半固態(tài)電池雖然減少了液態(tài)電解質(zhì)的用量，但仍存在易燃的風險。 相比液態(tài)電池，全固態(tài)電池取消原有液態(tài)電解質(zhì)，選用氧化物、硫化物、聚合物等作為固態(tài)電解質(zhì)，以薄膜的形式分割正負極，從而替代隔膜的作用，其中氧化物目前進展較快，硫化物未來潛力最大，聚合物性能上限較低，負極從石墨體系升級到預鋰化的硅基負極、鋰金屬負極，正極從高鎳升級到了超高鎳、鎳錳酸鋰、富鋰錳基等正極，能量密度可達500 Wh/ kg。 根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)的材質(zhì)和特性，固態(tài)電池可以被分為幾個主要類別，包括硫化物、氧化物和聚合物固態(tài)電池。 硫化物固態(tài)電池使用的是無機硫化物材料作為電解質(zhì)，這類材料通常具有較高的鋰離子電導率，接近或超過傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)的水平。 硫化物固態(tài)電解質(zhì)因其高的離子電導率而備受關注，例如Li10GeP2S12（LGPS）電解質(zhì)的電導率可以達到1.2×10^-2 S/cm。然而，硫化物電解質(zhì)對水汽敏感，容易與水反應生成有毒的H2S氣體，且與空氣中的氧氣、水蒸氣發(fā)生不可逆的化學反應，導致離子電導率降低和結(jié)構(gòu)破壞。 因此，硫化物固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)難度較大，對生產(chǎn)環(huán)境要求嚴苛。 氧化物固態(tài)電池使用的是氧化物材料作為電解質(zhì)，這類材料的離子導電率一般較低，但具有良好的機械性能和化學穩(wěn)定性。 氧化物電解質(zhì)的代表是石榴石型結(jié)構(gòu)的Li7La3Zr2O12（LLZO），其離子導電率較高，常溫下可達10^-4 S/cm。氧化物電解質(zhì)的致密形貌使其具有更高的機械強度，在空氣中穩(wěn)定性好，耐受高電壓。但是，由于其機械強度高，氧化物電解質(zhì)的形變能力和柔軟性能差，電解質(zhì)片易脆裂，固固界面接觸損耗大，限制了其應用。 聚合物固態(tài)電池由聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成，室溫下離子電導率較低，但在加熱至60℃以上時，離子電導率得到顯著提升。 聚合物電解質(zhì)具有質(zhì)量輕、彈性好、機械加工性能優(yōu)良的特點，且其工藝與現(xiàn)有鋰電池接近，易于大規(guī)模量產(chǎn)。然而，聚合物電解質(zhì)室溫下離子導電率低，且存在鋰枝晶穿透造成短路的風險，熱穩(wěn)定性有限。 除了上述三種主要類型的固態(tài)電池外，還有結(jié)合型固態(tài)電池，如復合固態(tài)電解質(zhì)，它是由硫化物/氧化物和聚合物電解質(zhì)復合得到的電解質(zhì)。這種復合電解質(zhì)綜合了無機和有機固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點，兼具高鋰離子導電率和電化學穩(wěn)定性。
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