全固态电池势必会成为趋势,它到底有哪些闪光点?

2020-10-13 08:58 ryder

 迄今为止,经过科学家们的不断努力,固态电池技术应该说已经没有了不可逾越的技术瓶颈,但也仍然存在着技术难题有待解决。“固态电池的核心技术是达到高离子电导率的固态电解质材料技术以及实现低阻抗固—固界面的先进制造技术。”车勇进一步解释。在固态电解质材料方面,日本东京工业大学的菅野了次教授于2011年发明了室温下离子电导率》10-2S/cm(超越了传统有机电解液)的硫化物固态电解质。

 
 固态电池拥有非常显着的优点,由于固态电解质取代了传统锂离子电池中可能燃爆的有机电解液,这解决了高能量密度和高安全性的两难问题,从而将消除电动车用户的“续航焦虑”,甚至可望实现快速充电。
 
 这一技术成为了目前在固态电池的产业化方面的龙头企业丰田汽车的技术基础。与硫化物固态电解质相比,氧化物固体电解质在高安全性及易生产性方面更具优势,但室温下离子电导率的提升仍是世纪难题。
 
固态电池有哪些优势
 
1)目前安全性最高
 
固态电池本质上比现有的锂离子电池更安全,能量密度也更高,锂离子电池依赖易燃液体电解质将存储在分子键中的化学能量快速转移至电能中。研究人员将液体电解质转化为电化学电池内部的固体聚合物,利用了液体和固体的特性以克服当前影响电池设计的关键限制。在此种情况下,固态电解质可以防止金属形成树突,从而导致电池短路、过热和故障。
 
 
2)能量密度高
 
一是电压平台提升,负极金属锂,正极高电势材料,电化学窗口5V以上;使用了全固态电解质后,锂离子电池可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以大大减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。
 
 
3)循环寿命长
 
固态电池设计开发相比传统锂离子电池循环寿命达到1200次以上,有望防止液态电解质在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题,大大提升金属锂离子电池的循环性和使用寿命。
 
 
4)工作温度范围宽
 
研究人员表示,由于固体更紧密坚固,这种高导电性的固态锂离子电池能在更宽的温度范围下供电,抵抗物理损伤和高温的能力更强。研究小组开发的称为锂超离子导体(Li10GeP2S12)的新材料,仍然用锂作离子导体,但给它们涂了一层晶体结构层,他们对这种固态锂离子电池进行了测试,发现其在导电性能上达到了现有液态锂离子电池的水平,而且新电池能在-100℃到100℃之间的温度范围内工作。
 
 
5)可快速充电
 
固态电池可在室温下实现稳定的充电和放电循环,并可同时快速充电。新型固态电池充满电仅需1小时。
 
 
6)薄膜柔性化
 
能够制成体积非常小的电池也是全固态电池技术的一大特色,这可以方便电池适应各种新型小尺寸智能电子设备的应用,而在这一点上传统的锂离子电池的技术是很难达到的。全固态电池可以经过进一步的优化,变成柔性电池,从而带来更多的功能和体验。
 
 
7)多功能封装
 
固态电池的封装相对简单,能省掉电池包外壳、冷却等系统,同时可实现电池柔性化、异形化,根据不同应用场景设计不同形状,灵活性更强。
 
 
8)生产效率提高
 
无需封装液体,支持串行叠加排列和双极机构,可减少电池组中无效空间,提高生产效率。
 
最后,全固态电池产业化是必然趋势,也是未来电动汽车革命性变革的重要因数。目前世界各国竞相推动全固态电池产业化。这将是未来动力电池产业竞争最激烈的领域。

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