鋰電池廠家淺談全固態(tài)二次鋰電池的優(yōu)點(diǎn)和材料研究

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-02-26 15:39  瀏覽量：次

鋰電池廠家淺談全固態(tài)二次鋰電池的優(yōu)點(diǎn)和材料研究。全固態(tài)鋰電池作為最具潛力的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置,近年來(lái)受到廣泛關(guān)注。隨著循環(huán)性、安全性等綜合技術(shù)指標(biāo)的提升，固態(tài)二次鋰電池應(yīng)用市場(chǎng)將逐漸擴(kuò)大，全固態(tài)鋰電池有望成為下一代動(dòng)力鋰電池廠家主導(dǎo)技術(shù)路線。

全固態(tài)二次鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

近年來(lái),伴隨著電動(dòng)汽車的興起,以及可再生能源發(fā)電對(duì)大規(guī)模儲(chǔ)能裝置的迫切需求,鋰電池的研究再度升溫,開(kāi)發(fā)安全、大容量、大功率和長(zhǎng)壽命的二次鋰電池成為焦點(diǎn)。固態(tài)二次鋰電池作為鋰電池的一種新形式,從根本上講具有鋰電池能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。此外,全固態(tài)二次鋰電池還具備如下優(yōu)點(diǎn):

(1)安全性能高

由于液態(tài)電解質(zhì)中含有易燃的有機(jī)溶劑，發(fā)生內(nèi)部短路時(shí)溫度驟升容易引起燃燒，甚至爆炸，需要安裝抗溫升和防短路的安全裝置結(jié)構(gòu)，這樣會(huì)增加成本，但仍無(wú)法徹底解決安全問(wèn)題。號(hào)稱BMS做到全球最好的特斯拉，在今年僅國(guó)內(nèi)就有兩輛ModelS發(fā)生嚴(yán)重起火事件。因而基于無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰二次電池有望具有很高的安全特性。

(2)能量密度高

目前，市場(chǎng)中應(yīng)用的鋰離子電池電芯能量密度最高達(dá)到260Wh/kg左右，正在開(kāi)發(fā)的鋰離子電池能量密度可達(dá)到300-320Wh/kg。對(duì)全固態(tài)鋰電池來(lái)說(shuō)，如果負(fù)極采用金屬鋰，電池能量密度有望達(dá)到300-400Wh/kg，甚至更高。全固態(tài)二次電池有望獲得更高的功率密度。固態(tài)電解質(zhì)以鋰離子作為單一載流子,不存在濃差極化,因而可工作在大電流條件,提高電池的功率密度。

(3)循環(huán)壽命長(zhǎng)

固體電解質(zhì)有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過(guò)程中持續(xù)形成和生長(zhǎng)固體電解質(zhì)界面膜的問(wèn)題和鋰枝晶刺穿隔膜問(wèn)題，有可能大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。

(4)工作溫度范圍寬

全固態(tài)鋰電池如果全部采用無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)，最高操作溫度有望提高到300℃甚至更高，目前，大容量全固態(tài)鋰電池的低溫性能有待提高。具體電池的工作溫度范圍，主要與電解質(zhì)及界面電阻的高低溫特性有關(guān)。

(5)電化學(xué)窗口寬

全固態(tài)二次鋰電池的電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，有可能達(dá)到5V，適應(yīng)于高電壓型電極材料，有利于進(jìn)一步提高能量密度。目前基于氮化磷酸鋰的薄膜鋰電池可以在4.8V工作。

(6)具備柔性優(yōu)勢(shì)

固態(tài)二次鋰電池還具有結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)模可調(diào)、設(shè)計(jì)彈性大等特點(diǎn)。固態(tài)電池既可以設(shè)計(jì)成厚度僅幾微米的薄膜電池,用于驅(qū)動(dòng)微型電子器件,也可制成宏觀體型電池,用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域,并且在這些應(yīng)用中,電池的形狀也可根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

全固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料研究

●聚合物固態(tài)電解質(zhì)

聚合物固態(tài)電解質(zhì)（SPE)，由聚合物基體(如聚酯、聚酶和聚胺等)和鋰鹽(如LiClO4、LiAsF4、LiPF6、LiBF4等)構(gòu)成，因其質(zhì)量較輕、黏彈性好、機(jī)械加工性能優(yōu)良等特點(diǎn)而受到了廣泛的關(guān)注。

●氧化物固態(tài)電解質(zhì)

按照物質(zhì)結(jié)構(gòu)可以將氧化物固態(tài)電解質(zhì)分為晶態(tài)和玻璃態(tài)(非晶態(tài))兩類，其中晶態(tài)電解質(zhì)包括鈣鈦礦型、NASICON型、LISICON型以及石榴石型等，玻璃態(tài)氧化物電解質(zhì)的研究熱點(diǎn)是用在薄膜電池中的LiPON型電解質(zhì)。

●氧化物晶態(tài)固體電解質(zhì)

氧化物晶態(tài)固體電解質(zhì)化學(xué)穩(wěn)定性高，可以在大氣環(huán)境下穩(wěn)定存在，有利于全固態(tài)電池的規(guī)?；a(chǎn)，目前的研究熱點(diǎn)在于提高室溫離子電導(dǎo)率及其與電極的相容性兩方面。目前改善電導(dǎo)率的方法主要是元素替換和異價(jià)元素?fù)诫s。另外，與電極的相容性也是制約其應(yīng)用的重要問(wèn)題。

總結(jié);固態(tài)鋰電池是未來(lái)鋰電池極有希望的發(fā)展方向，全固態(tài)鋰電池未來(lái)市場(chǎng)潛力巨大，綜合來(lái)看，安全性高、能力密度潛力大的固態(tài)電池必然是下一代電池的發(fā)展方向，預(yù)計(jì)全固態(tài)鋰離子電池會(huì)在2025－2030年之間取得突破。