鋰電池廠家淺談全固態(tài)二次鋰電池的優(yōu)點和材料研究

來源：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)點和材料研究。全固態(tài)鋰電池作為最具潛力的電化學儲能裝置,近年來受到廣泛關注。隨著循環(huán)性、安全性等綜合技術指標的提升，固態(tài)二次鋰電池應用市場將逐漸擴大，全固態(tài)鋰電池有望成為下一代動力鋰電池廠家主導技術路線。

全固態(tài)二次鋰電池的優(yōu)點

近年來,伴隨著電動汽車的興起,以及可再生能源發(fā)電對大規(guī)模儲能裝置的迫切需求,鋰電池的研究再度升溫,開發(fā)安全、大容量、大功率和長壽命的二次鋰電池成為焦點。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。此外,全固態(tài)二次鋰電池還具備如下優(yōu)點:

(1)安全性能高

由于液態(tài)電解質(zhì)中含有易燃的有機溶劑，發(fā)生內(nèi)部短路時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構，這樣會增加成本，但仍無法徹底解決安全問題。號稱BMS做到全球最好的特斯拉，在今年僅國內(nèi)就有兩輛ModelS發(fā)生嚴重起火事件。因而基于無機固體電解質(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，市場中應用的鋰離子電池電芯能量密度最高達到260Wh/kg左右，正在開發(fā)的鋰離子電池能量密度可達到300-320Wh/kg。對全固態(tài)鋰電池來說，如果負極采用金屬鋰，電池能量密度有望達到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

固體電解質(zhì)有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長固體電解質(zhì)界面膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，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機固體電解質(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。

(5)電化學窗口寬

全固態(tài)二次鋰電池的電化學穩(wěn)定窗口寬，有可能達到5V，適應于高電壓型電極材料，有利于進一步提高能量密度。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

固態(tài)二次鋰電池還具有結構緊湊、規(guī)模可調(diào)、設計彈性大等特點。固態(tài)電池既可以設計成厚度僅幾微米的薄膜電池,用于驅動微型電子器件,也可制成宏觀體型電池,用于驅動電動車、電網(wǎng)儲能等領域,并且在這些應用中,電池的形狀也可根據(jù)具體需求進行設計。

全固態(tài)鋰電池關鍵材料研究

●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)構成，因其質(zhì)量較輕、黏彈性好、機械加工性能優(yōu)良等特點而受到了廣泛的關注。

●氧化物固態(tài)電解質(zhì)

按照物質(zhì)結構可以將氧化物固態(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)模化生產(chǎn)，目前的研究熱點在于提高室溫離子電導率及其與電極的相容性兩方面。目前改善電導率的方法主要是元素替換和異價元素摻雜。另外，與電極的相容性也是制約其應用的重要問題。

總結;固態(tài)鋰電池是未來鋰電池極有希望的發(fā)展方向，全固態(tài)鋰電池未來市場潛力巨大，綜合來看，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，預計全固態(tài)鋰離子電池會在2025－2030年之間取得突破。