有關(guān)全方位對固態(tài)電池的技術(shù)路線解析，值得你學(xué)習(xí)

人類社會的進(jìn)步離不開社會上各行各業(yè)的努力，各種各樣的電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代離不開我們的設(shè)計者的努力，其實很多人并不會去了解電子產(chǎn)品的組成，比如固態(tài)電池。

固態(tài)電池領(lǐng)域有不同的技術(shù)路線，固體電解質(zhì)可大致分為三類：無機(jī)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPE，SolidPolymerElectrolyte)、復(fù)合電解質(zhì)。目前較多業(yè)者投入研究的材料包括固態(tài)聚合物、硫化物(Sulfide)、氧化物(Oxide)、薄膜(ThinFilm)等。像是戴森、蘋果各自收購的固態(tài)電池廠Sakti3和InfinitePowerSolutions，皆以薄膜為主，但制程復(fù)雜，量產(chǎn)難度高，先前市場傳出戴森、蘋果有意放棄，故現(xiàn)階段發(fā)展?fàn)顩r不太明朗，而豐田、松下(Panasonic)、三星、寶馬、寧德時代投入硫化物電解質(zhì)，輝能、索尼則是聚焦在氧化物。

科學(xué)家將傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池生動地稱為“搖椅電池”。搖椅的兩端是電池的正極和負(fù)極，中間是電解液(液體)。鋰離子就像一個出色的運(yùn)動員，在搖椅的兩端來回奔跑。在鋰離子從正極向負(fù)極然后向正極移動的過程中，電池的充電和放電過程完成。固態(tài)電池的原理是相同的，不同之處在于其電解質(zhì)是固體，其密度和結(jié)構(gòu)允許更多的帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更多的電流，從而增加了電池容量。因此，在相同的功率量下，固態(tài)電池的體積將變小。不僅如此，由于固態(tài)電池中沒有電解質(zhì)，因此密封起來會更容易。當(dāng)用在諸如汽車的大型設(shè)備中時，不需要添加額外的冷卻管，電子控制裝置等，這不僅節(jié)省了成本，而且有效地減輕了重量。

固態(tài)電池用固態(tài)電解質(zhì)代替了液態(tài)電解質(zhì)，就像排干游泳池中的水并鋪設(shè)一層薄膜一樣，整個游泳池的重量都會下降，但是游泳池沒有水，鋰離子如何移動?這是固態(tài)電池的迫切問題。大型公司目前使用三種主要方法，即氧化物，聚合物和硫化物路線。

固體電解質(zhì)是不易燃，不腐蝕，不揮發(fā)的，并且沒有泄漏問題。在傳統(tǒng)鋰電池的充電和放電過程中，鋰枝晶的生長會輕易刺穿隔膜，導(dǎo)致電池短路并帶來安全隱患。固態(tài)電解質(zhì)是不易燃，不腐蝕，不揮發(fā)的，并且不存在液體泄漏的問題。它也克服了鋰樹枝狀現(xiàn)象，因此全固態(tài)電池具有極高的安全性。

氧化物主要分為薄膜和非薄膜類型。薄膜類型的容量小，只能滿足微電子學(xué)的使用。它不適用于汽車。非膜型具有優(yōu)異的整體性能并解決了生產(chǎn)問題。它已經(jīng)可以用于手機(jī)電池，但是必須應(yīng)用于新能源汽車。 這需要一些時間。

一種是電壓平臺的改進(jìn)，電池的能量密度將增加。有機(jī)電解質(zhì)的電化學(xué)窗口有限，并且難以與鋰金屬陽極和新開發(fā)的高電勢陰極材料兼容。然而，固體電解質(zhì)通常具有比有機(jī)電解質(zhì)更寬的電化學(xué)窗口，這有利于進(jìn)一步增加電池的能量密度。其次，固體電解質(zhì)可以阻止鋰樹枝狀晶體的生長，極大地改善了材料應(yīng)用系統(tǒng)的范圍，為具有更高能量密度空間的新型鋰電池技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。目前，通過全固態(tài)鋰電池的研究和開發(fā)可以提供的能量密度基本上可以達(dá)到300-400Wh / kg。

聚合物是首先實現(xiàn)小規(guī)模批量生產(chǎn)和成熟技術(shù)的材料，但室溫下的電導(dǎo)率非常低，上限也不高。由聚合物材料制成的固態(tài)電池具有300Wh / kg的較高能量密度，在過去兩年中仍能滿足需求，但幾年后將無法跟上時代的發(fā)展。如果您是球隊老板，則不會選擇“登場就是巔峰”的新秀球員。

液體電解質(zhì)在充電和放電過程中會與鋰離子不可逆地反應(yīng)，形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，這將導(dǎo)致活性物質(zhì)和電解質(zhì)的損失，并降低庫侖效率。固體電解質(zhì)溶液解決了固體電解質(zhì)界面膜(SEI)和鋰樹枝狀晶體的問題，大大提高了鋰電池的循環(huán)能力和使用壽命。

本文只能帶領(lǐng)大家對固態(tài)電池有了初步的了解，對大家入門會有一定的幫助，同時需要不斷總結(jié)，這樣才能提高專業(yè)技能，也歡迎大家來討論文章的一些知識點。