固态电解质兼具隔膜和离子传导的功能，可降低或消除液态电解液渗漏、易燃等问题，大大提高电池的安全性能，成为当前锂电学界研究的一个重点。固态电解质一般分为3类，即聚合物固态电解质、无机固态电解质及有机-无机复合固态电解质。一般认为，有机-无机复合固态电解质可取长补短，综合性能较好，是当前研究的热点。
蒙脱石、高岭石、凹凸棒石等黏土矿物在我国分布广，具有储量大、价格低廉、低毒性、筛选工艺简单等优势。而层状结构黏土矿物经过一定改性可为锂离子传输提供通道，可用作电池的固态电解质。另一方面，黏土矿物常被用作聚合物固态电解质的无机骨架或填料。因为在黏土矿物、聚合物、锂盐复合体系中，黏土矿物表面负电荷可通过Coulomb力与锂离子相互作用（相当于Lewis碱的角色），可降低锂离子与聚合物官能团、锂盐阴离子基团的相互作用，提高可迁移的锂离子数目及迁移率，从而增强离子电导率。 同时，添加黏土矿物可降低聚合物的结晶度，也有利于其离子电导的增强。此外，添加黏土矿物对复合电解质的机械强度和热稳定性均有一定程度的提升。因此，黏土矿物在固态电解质中有广阔的应用前景。 1、2:1型层状黏土矿物 蒙脱石、蛭石都属于2:1型膨胀性层状硅酸盐黏土矿物，结构上较为相似。得益于该类黏土矿物层间可交换的阳离子、较大的层间域以及层间水或有机分子对层骨架势垒的屏蔽作用，Li+、Na+、Mg2+、Zn2+等多种阳离子均可在层间迁移并具有较强的扩散能力，部分黏土矿物的离子室温电导率甚至可达10–3S/cm，显示出快离子导体特性。因此，早在上世纪八九十年代蒙脱石等层状黏土矿物的快离子导体特性就吸引了国内外部分研究者的注意，初步开展了基于黏土矿物的固态电解质的研究。 最近，Lee等受珠贝母层状结构启发，将蒙脱石剥离后与DMSO混合、抽滤，组装出了具有层状结构的复合固态膜，其机械强度和弹性模量分别达到（55.3±4.8）MPa和（.2±32.6）kJ/m，室温锂离子电导率达2×S/cm，耐热温度区间为~℃。而且，该复合膜蒙脱石含量较高，整体上毒性较低，可被蠕虫降解。 黏土矿物也可作为聚合物凝胶/固态电解质的无机骨架或填料，掺入少量的黏土矿物可以显著提高复合膜的离子电导率，提升电池的循环稳定性。 Chen等对蒙脱石锂化后与双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）、聚四氟乙烯（PTEF）、氟代碳酸乙烯酯（FEC）等原料通过溶液浇铸、热压工艺制备出了一种插层型复合固态电解质膜，并将其用于锂金属电池。PEC、LiMNT和LiTFSI之间的静电交互作用促使锂离子进入蒙脱石片层通道，缩短了迁移路径，提高了锂离子迁移数。25℃时该复合固态电解质的锂离子迁移数、锂离子电导率和电化学窗口分别达到0.83、3.5×S/cm和4.6V（vsLi+/Li）。 Tang等将单层蛭石与聚环氧乙烷（PEO）和LiTFSI按一定配比均匀混合后，通过抽滤得到了具有层状堆积结构的复合固态电解质膜，其热稳定性、机械强度和电化学稳定性均得到提升。另外，对于层状黏土矿物，离子沿着层方向迁移能力远远优于沿垂直层方向的迁移能力，因此具有定向排列的层状黏土矿物复合膜在沿其层方向有望获得更好的离子传输特性。基于此思路，Tang等将膨胀蛭石剥离，采用垂直温度梯度冷冻技术，并结合PEO浇筑工艺，制备出具有定向离子传输通道的复合固态电解质，室温锂离子电导率达1.89×S/cm，离子迁移数为0.5。 2、1:1型层状黏土矿物 埃洛石、高岭石、累托石为1:1型非膨胀性层状硅酸盐黏土矿物。由于层间域有限且层间无可交换离子，锂离子很难在层间移动。但是，基于其表面特性及良好的机械性能，该类黏土矿物可用作聚合物凝胶或固态电解质的无机填料。 Huang等采用非传统基膜材料细菌纤维素与埃洛石复合，所得隔膜抗拉强度优越，达84.4MP，孔隙率、吸液率分别达83.0%和.0%，锂离子电导率达5.13mS/cm，高于未改性纤维素膜和商业聚丙烯–聚乙烯-聚丙烯膜在液态电解液中的离子电导率。 Lin等将天然埃洛石纳米管与PEO和LiTFSI混合，通过溶液浇铸法制备复合固态电解质。Zhu等做了类似工作。此外，高岭石和累托石也具有类似的功能属性。 3、纤维状黏土矿物 海泡石、凹凸棒石是非膨胀性纤维状硅酸盐黏土矿物（链/层状结构），与聚合物复合可显著增强其机械强度及离子电导率。 Mejía等将天然海泡石经有机涂覆后用作填料与PEO、乙烯纤维素（EC）复合，制成了一种理化性能优异的复合固态电解质。由于该膜机械强度大，可抑制锂枝晶生长，经过多次锂沉积后仍没有明显的锂枝晶生成，电化学稳定窗口达4.5V（70℃）。 Song等将凹凸棒石作为无机填料与海藻酸钠混合，利用溶液浇铸法制备出了一种热稳定性、循环稳定性和界面润湿性均优异的复合膜，吸液率可达%。由于凹凸棒石和海藻酸钠对土壤无毒害，且海藻酸钠可生物降解，避免了传统隔膜带来的“白色污染”问题。 另外，可将黏土矿物涂覆在传统隔膜表层，增强其耐热性、机械性能及电池的循环稳定性。Yang等将蒙脱石用十八烷基二甲基氯化铵改性后与PVDF混合，涂覆在聚丙烯（PP）膜两端，制成了具有多层网格结构的复合膜，其吸液率、离子电导、热稳定性和机械性能均提高。 Ahn等以PVDF-HFP共聚物作为粘结剂与蒙脱石混合，并均匀涂布在商业隔膜两端，制成具有蒙脱石无机涂层的复合隔膜，将其用于锂硫电池。由于涂覆的蒙脱石可阻止多硫化物通过，从而抑制穿梭效应。此外，地开石、凹凸棒石也可经改性处理而用作复合隔膜涂层材料。 资料来源：《刘昊,王晓飞,周彬,等.矿物在电化学储能领域的应用研究进展[J].硅酸盐学报,,49(10):-》，由编辑整理，转载请注明出处！