能量密度將達到鋰電池兩倍的固態(tài)電池發(fā)展概況

什么是固態(tài)電池?隨著全球多樣化的發(fā)展，我們的生活也在不斷變化著，包括我們接觸的各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你一定不知道這些產(chǎn)品的一些組成，比如固態(tài)電池。

固態(tài)電池公司如雨后春筍般出現(xiàn)在國內(nèi)外。許多世界知名的汽車公司在2017年宣布，所有固態(tài)鋰電池將在2020年至2025年間量產(chǎn)并投放汽車。許多研究人員和公司認為，與鋰硫，鋰空氣，鋁，鎂電池和不存在的石墨烯電池相比，所有固態(tài)金屬鋰電池都是取代現(xiàn)有高能量密度鋰離子的最有可能的候選技術(shù)。電池的能量密度預計為現(xiàn)有鋰離子電池的2至5倍，具有更長的循環(huán)性和使用壽命，更高的倍率性能，并可能從根本上解決現(xiàn)有液體電解質(zhì)鋰離子電池的安全性問題。

全固態(tài)鋰電池是一種使用固態(tài)電極材料和固態(tài)電解質(zhì)材料且不含任何液體的鋰電池。它主要包括全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池。不同之處在于前者的負極不包含金屬鋰，而后者的負極為鋰金屬。在當前的各種新電池系統(tǒng)中，固態(tài)電池使用新的固體電解質(zhì)來替代當前的有機電解質(zhì)和隔膜，這些有機電解質(zhì)和隔膜具有高安全性，高體積能量密度，并且可與不同的新高比能量電極系統(tǒng)兼容(例如鋰硫系統(tǒng)，金屬-空氣系統(tǒng)等)具有廣泛的適應性。

QuantumScapehas一直在研究固體電解質(zhì)大約十年。此前，該項目是從斯坦福大學的實驗室中剝離出來的，并獲得了美國能源部的一些資助。 QuantumScape表示，與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，其固態(tài)電池將使電動汽車的續(xù)航里程增加80%。此外，經(jīng)過800個充電周期，仍然可以保持80%以上的容量。在安全方面，固態(tài)電池沒有著火的危險。體積能量密度將超過每升1,000瓦時，幾乎是商用鋰離子電池組密度的兩倍。

當然，在液體電解質(zhì)電池中，并非液體電解質(zhì)所占據(jù)的全部體積都參與有效的離子傳輸。從理論上講，如果具有高離子電導率的固體電解質(zhì)能夠以超薄膜的形式生長在活性顆粒的表面上，則電池中固體電解質(zhì)的體積比例也可能低于液體電解質(zhì)電池的比例。有必要開發(fā)新材料和新制造工藝，并深入研究離子傳輸通道和傳輸特性，以確定它們是否可以滿足應用要求。沒有相關(guān)的報告。

傳統(tǒng)鋰離子電池采用有機液體電解液，在過度充電、內(nèi)部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態(tài)電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，聚合物固體電解質(zhì)相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅提高。

采用固態(tài)電解質(zhì)，有可能部分解決這些問題。例如，采用PEO-LITFSI的軟包電芯，直接使用金屬鋰箔作為負極(實際上該電池正極也提供鋰源)，采用磷酸鐵鋰正極，能量密度可以達到190～220 W·h/kg，高于目前液態(tài)電解質(zhì)磷酸鐵鋰的鋰離子電池150～180 W·h/kg的水平。

固體鋰電池的負極可以是金屬鋰，電池能量密度有望達到300?400Wh / kg甚至更高。其電化學穩(wěn)定性窗口可以達到5V以上，可以匹配高壓電極材料，進一步提高質(zhì)量能密度。沒有液體電解質(zhì)，隔膜減少了電池的重量，壓縮了電池的內(nèi)部空間，并增加了體積能量密度。提高了安全性，簡化了電池殼和冷卻系統(tǒng)模塊，提高了系統(tǒng)能量密度。

目前，固態(tài)電池有兩個研究和開發(fā)方向。一種是鋰離子電池的固態(tài)化。在這個方向上其他行業(yè)也有成熟的解決方案，但是鋰電池的接枝需要二次研究和開發(fā)。國外生產(chǎn)固體電解質(zhì)的公司很少，而在中國則沒有，這在一定程度上限制了固態(tài)電池的研究和發(fā)展。長期以來一直由國內(nèi)大學和研究機構(gòu)進行采樣，但大多數(shù)仍處于能量比達到標準的水平，并且循環(huán)次數(shù)只有幾百次。本文只能使您對固態(tài)電池有一個初步的了解。這對您入門很有幫助。同時，您需要繼續(xù)進行總結(jié)，以便提高您的專業(yè)技能。也歡迎您討論本文中的一些知識點。