鉅大LARGE | 點擊量:2293次 | 2019年02月16日
分析全固態鋰電池的優缺點
根據近期流傳的技術趨勢預測,全固態鋰電池,可能在2030年之前實現固態電解質技術突破,單體能量密度超過500Wh/kg的目標,并且達到量產能力。今天關注一下全固態電解質鋰電池。
1鋰電池的種類
鋰電池的分類方法比較多,可以按照正極材料類型劃分,負極材料類型劃分,電解液類型劃分等等,我們常說的三元材料還是磷酸鐵鋰或者錳酸鋰,就是按照正極材料劃分的結果。在鋰電池當前發展階段上,鋰電池性能上的差異主要表現在正極材料的差異上,因此人們習慣于用正極材料的名稱給一個技術路線命名。
今后兩年,高鎳三元將成為量產可能性最高的一種技術路線,而含鎳量的不同,又成了技術路線的名字,622、811,這是鎳鈷錳在三元正極材料中的占比關系。這仍然是一種針對正極材料差異的提法。
歐陽明高院士最近給出的技術路線預測中,高鎳以后,能量密度達到400Wh/kg的希望,很大程度上寄托在全固態電池的身上。固態電池,相對于傳統鋰電池的液態電解液而言的,電解質為導電率很高的純固態物質,這是一種針對電解液形態的命名方式。
與固態電池平行的另外兩種技術路線應該可以叫做液態電解液鋰電池和半固態電解液鋰電池。液態電解液鋰電池,傳統稱呼中三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰都屬于液態電解液鋰電池范圍。半固態電解液,電解質是介于固態和液態之間的狀態,現在常見的材料是聚合物電解質,在常溫下為凝膠態。
2全固態鋰電池的優缺點
優點
1)安全性好,電解質無腐蝕,不可燃,也不存在漏液問題;
2)高溫穩定性好,可以在60℃-120℃之間工作;
3)有望獲得更高的能量密度。固態電解液,力學性能好,有效抑制鋰單質直徑生長造成的短路問題,使得可以選用理論容量更高的電極材料,比如鋰單質做負極;固態電解質的電壓窗口更寬,可以使用電位更高的材料做正極而不惜擔心電解質分解問題;
4)固態電解質支持電芯薄膜化設計,最小可以達到幾個納米,拓寬了鋰電池的應用范圍,并且使得電池自帶柔性成為可能。
5)可以選用電阻較大、充放電過程體積變化比較大的材料做正負極,薄膜化的正負極材料,只要成膜性能好,即使材料電阻偏大,只要足夠薄以后,依然不會給電池特性帶來明顯影響。
缺點
1)溫度較低的時候,內阻比較大;
2)材料導電率不高,功率密度提升困難;
3)制造大容量單體困難;
4)大規模制造中的正負極成膜技術還在集中火力研究中。
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