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全固態(tài)鋰電池是什么?全固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展

來(lái)源:存能電氣  日期:2019-08-06 10:11  瀏覽量:

  全固態(tài)鋰電池是什么?全固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展。近期學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界對(duì)全固態(tài)鋰電池給予了厚望。發(fā)展全固態(tài)鋰電池最重要的推動(dòng)力之一是安全性。電池安全性對(duì)于所有應(yīng)用領(lǐng)域的重要性都排在第一位。電池安全性的核心問(wèn)題是防止熱失控和熱擴(kuò)散。

全固態(tài)鋰電池.jpg

  全固態(tài)鋰電池是什么?

  所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài),不含任何液態(tài)組分的鋰電池,所以我們?nèi)Q是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。根據(jù)其是否可以反復(fù)充放,可進(jìn)一步分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池,一次電池其實(shí)已經(jīng)有用的。

  全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池,這兩個(gè)概念又要區(qū)別,所謂全固態(tài)金屬鋰電池的負(fù)極用的是鋰金屬,目前在用的動(dòng)力電池的負(fù)極多為碳、硅碳或者鈦酸鋰。全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)得更早,鋰離子電池只有25年左右的歷史,是日本人發(fā)明的,真正用于車上也就10多年,很年輕但是進(jìn)步很快。早期所指的全固態(tài)鋰電池,都是以金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池。這就是以前的概念。

  全固態(tài)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)

  1)安全性好,電解質(zhì)無(wú)腐蝕,不可燃,也不存在漏液?jiǎn)栴};

  2)高溫穩(wěn)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(tài)電解液,力學(xué)性能好,有效抑制鋰單質(zhì)直徑生長(zhǎng)造成的短路問(wèn)題,使得可以選用理論容量更高的電極材料,比如鋰單質(zhì)做負(fù)極;固態(tài)電解質(zhì)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(dān)心電解質(zhì)分解問(wèn)題;

  4)固態(tài)電解質(zhì)支持電芯薄膜化設(shè)計(jì),最小可以達(dá)到幾個(gè)納米,拓寬了鋰電池的應(yīng)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(guò)程體積變化比較大的材料做正負(fù)極,薄膜化的正負(fù)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(huì)給電池特性帶來(lái)明顯影響。

  全固態(tài)鋰電池技術(shù)發(fā)展

  根據(jù)近期流傳的技術(shù)趨勢(shì)預(yù)測(cè),全固態(tài)鋰電池,可能在2030年之前實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)突破,單體能量密度超過(guò)500Wh/kg的目標(biāo),并且達(dá)到量產(chǎn)能力。

  全固態(tài)金屬鋰電池是最具潛力的替代現(xiàn)有高能量密度鋰離子電池的候選技術(shù),其能量密度有望是現(xiàn)有鋰離子電池的2~5倍,循環(huán)性和服役壽命更長(zhǎng),倍率性能更高,并可能從本質(zhì)上解決現(xiàn)有液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的安全性問(wèn)題。

  全固態(tài)鋰電池的高溫?zé)崾Э睾透邷匮h(huán)特性明顯優(yōu)于液態(tài)電解質(zhì)的電芯,則在模塊和系統(tǒng)層面,通過(guò)電源管理、熱管理系統(tǒng),還可以進(jìn)一步防止電芯熱失控和熱擴(kuò)散,相對(duì)于液態(tài)電解質(zhì)電芯,絕熱防護(hù)材料可以更好的應(yīng)用在模塊和系統(tǒng)中,而不是像目前這樣,兼顧散熱和絕熱。

  全固態(tài)電池輕便,能量密度高。使用了全固態(tài)電解質(zhì)后,鋰離子電池的適用材料體系也會(huì)發(fā)生改變,可以使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極取代石墨負(fù)極這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量,使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。

  總結(jié):固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比具有更高的能量密度,同時(shí)擁有更大的功率和更長(zhǎng)的使用時(shí)間,是下一代鋰電池發(fā)展的大趨勢(shì)。

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