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全固态或固态锂电池是..

全固态或固态锂电池是什么,它的潜在优势分析
2020-04-08

随着全固态锂电池的推广,各种“全固态”或“固态”锂电池的概念层出不穷。解决锂电池安全性能的重要任务,就这样落到了全固态锂电池的肩上。


为了获得与基于液体电解质的锂电池相当的能量密度,固体电解质需要具有高离子电导率、力学强度好、不可燃、化学稳定性等特性。在动力锂电池市场,全固态电池是近两年来炙手可热的话题。尽管对于全固态锂电池的未来还存在着争论,但从各电动车生产商和动力电池供应商的投资动作来看,全固态电池应该是未来5~10年的主流方向。


固态锂电池:一些研究人员将固体电解质和少量液体电解质的高质量或体积比的电池称为“固态电池”。全固态锂电池:电池由固态电极和固态电解质数据组成。在工作温度范围内,电池不含任何质量和体积分数的液体电解质。


全固态电池顾名思义就是电池里面没有气体、液体,所有材料都以固态形式存在,用固体电解质来代替现有锂离子电池中使用的液体成分。使用固态电解质后,全固态电池相比于一般锂离子电池,可以实现更轻的质量、更小的体积,能量密度也有较大幅度的提升。


全固态或固态锂电池是什么,它的潜在优势分析


本质上,固态电池的原理和“传统”的锂电池是相同的,都是靠着锂离子在电池的正负两极之间穿梭往来,实现充放电的功能。不同的是,固态电池中的电解质是固态的,而传统锂电池的电解质是液态的。


全固态锂电池分为全固态锂离子电池和全固态金属锂电池,前者的负极不含金属锂,后者的负极不含金属锂。根据技术的发展趋势,与液态锂离子电池相比,全固态金属锂电池可能具有安全性能好、能量密度高、循环寿命长等优点。近年来,固体电解质数据,尤其是硫化物电解质数据,在离子电导率方面取得了重大突破,全固态锂电池技术逐渐受到世界各地研究机构和大型企业的关注。


全固态锂电池的潜在优势,高安全性能:固体电解质替代可燃液体电解质,固体电解质有望克服锂枝晶的出现;高能量密度:负极可为金属锂负极;循环寿命长:可防止液体电解质充放电过程中固体电解质界面膜的形成和生长;电化学窗宽:可达5V,适用于高压正电极数据;回收方便:无废液,处理相对简单。


总体来看固态电池的发展,电解质可能遵循从液态、半固态、固液混合到固态的路径发展,最后到全固态。笔者认为,2020年前采用高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现300Wh/Kg,2025年前采用富锂正极+全固态电解质+硅碳/锂金属负极电池实现400Wh/Kg,2030年前燃料/锂硫/空气电池实现500Wh/Kg.


可见,全固态电池已经成为动力锂电池市场的下一个风口。固态电池与传统锂电池相比具有更高的能量密度,同时拥有更大的功率和更长的使用时间,是下一代锂电池发展的大趋势。



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