鉅大LARGE | 點擊量:1085次 | 2021年06月08日
全固態鋰離子電池的特點以及發展趨勢分析
什么是全固態鋰離子電池?人類社會的進步離不開社會上各行各業的努力,各種各樣的電子產品的更新換代離不開我們的設計者的努力,其實很多人并不會去了解電子產品的組成,比如全固態鋰離子電池。
自1991年投放市場以來,鋰離子電池因其高能量密度和長壽命而備受關注。它已成為21世紀能源經濟不可或缺的一部分。然而,鋰離子電池在諸如汽車和儲能之類的大型電池領域中的應用仍存在一些安全問題,亟待解決。鋰離子電池的有機電解質易揮發,易燃易爆。全固態鋰離子電池從根本上解決了這個問題,并具有容量大,重量輕的優點。全固態鋰離子電池產業化的研究迫在眉睫。全固態鋰離子電池使用全固態電解質起到二合一的用途,代替了傳統電池中的隔膜和電解質,從而解決了安全問題。同時,在采用全固體電解質之后,可以將金屬鋰用作負極,從而新增能量密度。安全問題是產業發展的關鍵和基礎,也關系到電池產業的生存;能量密度是行業研究與開發的核心,它與行業發展的前景有關。從解決安全問題和使用現有材料提高能量密度的角度來看,全固態鋰離子電池有望滿足工業發展的需求,值得大力發展。從時間節點的角度來看,全固態金屬鋰離子電池要比液態鋰離子電池更早,但是在早期,全固態金屬的電化學性能,安全性和工程制造鋰離子電池一直無法滿足應用要求。通過不斷改進,液態鋰離子電池的綜合技術指標逐漸滿足了消費電子市場的應用需求,并被越來越多的市場所接受。從技術發展趨勢的角度來看,與液態鋰離子電池相比,全固態金屬鋰離子電池可能具有安全性能好,能量密度高和循環壽命長的優點。
鋰離子固體電解質數據作為全固態鋰離子電池的核心組成部分,是實現其高功能的核心數據,也是影響其實際應用的瓶頸之一。固體電解質的發展歷史已有一百多年了,有關固體電解質材料的討論有數百篇。只要在室溫或高溫下固體電解質的電導率大于3s/cm,就可以在電化學電源系統中使用,并且大多數電導率的數據值比該值低幾個數量級,這使得很少有固體電解質材料具有實際應用價值。全固態鋰離子電池的整體低倍率性能是一個科學技術問題,要慢慢解決。成本不是最大的瓶頸。實際上,任何新技術或產品的成本在開始時都是相對較高的。一旦生產技術成熟并且產量新增,成本自然就會降低。因此,成本是行業可以解決的問題,而不是學術界可以解決的問題。。許多無機固體電解質材料是不易燃,不腐蝕,不揮發的,并且沒有液體泄漏的問題。他們還有望克服鋰樹枝狀現象。因此,期望所有基于無機固體電解質的固態鋰二次電池都具有高安全性。聚合物固體電解質仍然具有一定的可燃風險,但是與包含易燃溶劑的液體電解質電池相比,其安全性得到了極大的提高。全固態電池看似簡單,但也非常復雜。例如,液態鋰離子電池的正極層包含各種成分,例如正極活性材料,導電劑,電解質和粘合劑。假如用全固體電解質代替,則由于在正極層中沒有電解質滲透,因此存在多個成分。比例的組合的問題將非常復雜。制造液態鋰離子電池就像用沙子和水泥鋪路。加水可以調和石頭,沙子和水泥,但是在所有固態電池中都沒有液體物質。如何解決固體與固體之間的界面問題并確保有效物質的活性是非常具有挑戰性的。假如全固態鋰離子電池使用無機固體電解質,則最高工作溫度有望提高到300°C甚至更高。目前,要提高大容量全固態鋰離子電池的低溫性能。電池的特定工作溫度范圍重要與電解質的高低溫特性和界面電阻有關。