固態(tài)電池相比鋰離子電池實(shí)現(xiàn)安全與性能雙提升

來源：存能電氣  日期：2020-07-15 09:29  瀏覽量：次

固態(tài)電池相比鋰離子電池實(shí)現(xiàn)安全與性能雙提升。由于科學(xué)界普遍認(rèn)為鋰離子電池已經(jīng)到達(dá)極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池?；诎踩湍芰棵芏壬系膬?yōu)勢，固態(tài)電池已成為未來鋰電池發(fā)展的必經(jīng)之路。

固態(tài)電池相比鋰離子電池實(shí)現(xiàn)安全與性能雙提升

本質(zhì)上，固態(tài)電池的原理和“傳統(tǒng)”的鋰電池是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負(fù)兩極之間穿梭往來，實(shí)現(xiàn)充放電的功能。不同的是，固態(tài)電池中的電解質(zhì)是固態(tài)的，而傳統(tǒng)鋰電池的電解質(zhì)是液態(tài)的。

固態(tài)電池最大的優(yōu)勢：重量輕，能量密度高，體積小，更安全。因?yàn)樗褂玫牟牧喜煌?，所以它要比液態(tài)鋰電池輕很多，而且能量密度相對(duì)要高，在傳統(tǒng)的鋰電池當(dāng)中需要隔膜和電解液，而它們的重量和體積占比較大，固態(tài)電解質(zhì)可以把正負(fù)極之間的距離縮短到幾微米，可以大大降低固態(tài)電池的厚度。

1.目前安全性最高

固態(tài)電池本質(zhì)上比現(xiàn)有的鋰離子電池更安全，能量密度也更高，鋰離子電池依賴易燃液體電解質(zhì)將存儲(chǔ)在分子鍵中的化學(xué)能量快速轉(zhuǎn)移至電能中。研究人員將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)電池內(nèi)部的固體聚合物，利用了液體和固體的特性以克服當(dāng)前影響電池設(shè)計(jì)的關(guān)鍵限制。在此種情況下，固態(tài)電解質(zhì)可以防止金屬形成樹突，從而導(dǎo)致電池短路、過熱和故障。

2.能量密度高

一是電壓平臺(tái)提升，負(fù)極金屬鋰，正極高電勢材料，電化學(xué)窗口5V以上；使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池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，這樣可以大大減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。

3.循環(huán)壽命長

固態(tài)電池設(shè)計(jì)開發(fā)相比傳統(tǒng)鋰離子電池循環(huán)壽命達(dá)到1200次以上，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SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，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

研究人員表示，由于固體更緊密堅(jiān)固，這種高導(dǎo)電性的固態(tài)鋰電池能在更寬的溫度范圍下供電，抵抗物理損傷和高溫的能力更強(qiáng)。研究小組開發(fā)的稱為鋰超離子導(dǎo)體（Li10GeP2S12）的新材料，仍然用鋰作離子導(dǎo)體，但給它們涂了一層晶體結(jié)構(gòu)層，他們對(duì)這種固態(tài)鋰電池進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)其在導(dǎo)電性能上達(dá)到了現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的水平，而且新電池能在-100℃到100℃之間的溫度范圍內(nèi)工作。

5.薄膜柔性化

能夠制成體積非常小的電池也是全固態(tài)電池技術(shù)的一大特色，這可以方便電池適應(yīng)各種新型小尺寸智能電子設(shè)備的應(yīng)用，而在這一點(diǎn)上傳統(tǒng)的鋰離子電池的技術(shù)是很難達(dá)到的。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(yàn)。

8.可快速充電

固態(tài)電池可在室溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充電和放電循環(huán)，并可同時(shí)快速充電。新型固態(tài)電池充滿電僅需1小時(shí)。

8.多功能封裝

固態(tài)電池的封裝相對(duì)簡單，能省掉電池包外殼、冷卻等系統(tǒng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)電池柔性化、異形化，根據(jù)不同應(yīng)用場景設(shè)計(jì)不同形狀，靈活性更強(qiáng)。

9.生產(chǎn)效率提高

無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機(jī)構(gòu)，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。

固態(tài)電池引來各大鋰電池廠商爭相布局

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全球范圍內(nèi)致力于固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用的車企與動(dòng)力鋰電池廠商有20多家，其中不少企業(yè)都宣布要量產(chǎn)固態(tài)電池，并制定了相應(yīng)的發(fā)展路線計(jì)劃。國際上，除了大眾汽車，寶馬、豐田、本田、日產(chǎn)、松下等車企及電池企業(yè)均在固態(tài)電池領(lǐng)域有所布局。

在國內(nèi)動(dòng)力電池企業(yè)中，清陶能源、寧德時(shí)代、贛鋒鋰業(yè)、輝能、北京衛(wèi)藍(lán)、卡耐新能源等走在固態(tài)電池研發(fā)前列。新造車企業(yè)中，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車已分別與輝能科技達(dá)成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池。

固態(tài)電池可以解決安全性、能量密度以及特殊功能（比如柔性）等需求，目前已經(jīng)有一部分技術(shù)路線接近了工業(yè)化的條件，在近幾年內(nèi)應(yīng)該會(huì)有產(chǎn)品問世。

總體來說：固態(tài)電池憑借其高安全性、高能量密度、耐高溫、長壽命等優(yōu)點(diǎn)，開創(chuàng)性地解決了傳統(tǒng)有機(jī)電解液電池存在的壽命短、易燃、易爆等一系列問題，成為造福人類的一項(xiàng)顛覆性的突破技術(shù)。固態(tài)電池是未來鋰電池發(fā)展的必然選擇，越早了解越早掌握主動(dòng)權(quán)。