全固態(tài)薄膜鋰電池能量密度大幅提升,或開辟新未來

來源：存能電氣  日期：2020-05-09 15:56  瀏覽量：次

全固態(tài)薄膜鋰電池能量密度大幅提升，或開辟新未來。隨著電子信息工業(yè)和微型加工技術(shù)快速發(fā)展，對其所需的微型能源則提出了特殊微型化的要求。其中全固態(tài)薄膜鋰離子二次電池因其高的能量密度、強的安全性、長的循環(huán)壽命、寬的工作電壓和重量輕等優(yōu)點，成為微電池系統(tǒng)需求的最佳選擇。全固態(tài)薄膜鋰電池能量密度大幅提升，或開辟新未來。

全固態(tài)薄膜鋰電池能量密度大幅提升

全固態(tài)薄膜鋰電池是在襯底上將電池的各元素按照正極、電解質(zhì)、負(fù)極的順序依次制備成薄膜，最后封裝而構(gòu)成的一個電池。全固態(tài)薄膜鋰電池作為電源主要優(yōu)點是可制成任何尺寸直接集成在電路中；優(yōu)越的充放電循環(huán)性能；工作溫度范圍大，適于許多極端場合。

全固態(tài)薄膜鋰電池與現(xiàn)有鋰電池的工作原理相同，最主要的區(qū)別是電池中沒有有機電解液，取而代之的是固體的像紙一樣的薄膜電解質(zhì)，徹底解決了電解液泄漏的安全隱患。薄膜鋰電池主要由固態(tài)的基片和基片表面的固態(tài)功能薄膜層構(gòu)成，功能薄膜層包括電流收集極、正極、電解質(zhì)、負(fù)極和封裝保護膜，厚度僅10μm。這種電池的性能同樣非常優(yōu)異，它的能量密度達(dá)到360Wh/kg，比現(xiàn)在商業(yè)化鋰離子電池還要高60Wh/kg。

在當(dāng)今市場占主導(dǎo)地位的鋰電池中，鋰離子在電池充電時通過液體電解質(zhì)從一個電極到達(dá)另一個電極，然后在使用時通過相反的方向流過。這些電池是非常有效的，但液體電解質(zhì)具有化學(xué)不穩(wěn)定性，甚至是易燃的。

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發(fā)生改變，其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。現(xiàn)在許多實驗室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池了。

全固態(tài)薄膜電池與鋰離子電池的特點比較

1、安全性

固態(tài)鋰電池的工作溫度范圍更大，即使因為局部發(fā)生短路，只是聚合物熔化，熔化以后成為絕緣體。如果發(fā)生熱失控，把電池溫度升高了，金屬鋰因為熔化溫度是180攝氏度，即使到了180攝氏度，鋰被熔化以后，在做電芯留一個空間，金屬鋰可以到預(yù)留的地方去。

2、體積小

傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代，正負(fù)極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米，這樣電池的厚度就能大大地降低。

3、柔性化的前景

全固態(tài)電池可以經(jīng)過進(jìn)一步的優(yōu)化，變成柔性電池，從而帶來更多的功能和體驗。全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高，通過使用適當(dāng)?shù)姆庋b材料，制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。

綜合來看，全固態(tài)薄膜鋰電池是未來的重要發(fā)展方向已是業(yè)內(nèi)共識，全球工業(yè)巨頭紛紛加快布局步伐，希望在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域搶占先機。