鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:604次 | 2019年08月30日
全固態(tài)電池能夠引領(lǐng)動力電池的未來嗎?
根據(jù)國家規(guī)劃,2020年電芯能量密度達(dá)到350Wh/Kg,2025年電芯能量密度達(dá)到400Wh/Kg,2030年電芯能量密度達(dá)到500Wh/Kg。目前鋰離子電池比能量密度低于300Wh/kg,如何使電池能量密度從200Wh/kg提高到500Wh/kg以上?傳統(tǒng)鋰電池電解液在高溫下發(fā)生燃燒或者爆炸,如何避免這種危險發(fā)生?今天給大家介紹一種解決以上問題的方案——全固態(tài)電池。
全固態(tài)鋰電池工作原理與液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的原理相通:
1.充電過程:正極中的鋰離子從活性物質(zhì)的晶格中脫嵌,通過固體電解質(zhì)向負(fù)極遷移,電子通過外電路向負(fù)極遷移,兩者在負(fù)極處復(fù)合成鋰原子、合金化或嵌入到負(fù)極材料中
2.放電過程:與充電過程恰好相反,此時電子通過外電路驅(qū)動電子器件。
固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子,也充當(dāng)了隔膜的角色,電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯等都不需要使用,大大簡化了電池的構(gòu)建步驟。
全固態(tài)電池按電解質(zhì)分類:
1.無機(jī)全固態(tài)鋰電池-無機(jī)固體電解質(zhì)組成的鋰離子電池
2.聚合物全固態(tài)鋰電池-以有機(jī)聚合物電解質(zhì)組成的鋰離子電池
全固態(tài)電池的優(yōu)勢:
1.最大優(yōu)勢是安全耐用。內(nèi)部無液體,無流動性,電池可承受穿釘、切開、剪開、折彎。發(fā)生危險后,無強(qiáng)燃燒性,不易發(fā)生爆炸。
2.長壽命:充放電次數(shù)長達(dá)40000-100000次
3.能量密度高:質(zhì)量能量密度高,相同體積的電池重量更輕;體積能量密度高,相同質(zhì)量的電池體積更小。
4.耐高電壓:不會出現(xiàn)傳統(tǒng)有機(jī)電解液高電壓下電解液分解現(xiàn)象。
此外,全固態(tài)電池將突破現(xiàn)有鋰電池的生產(chǎn)方式:不必封入液體,可以簡化電池外裝,從而能以卷對卷方式制造大面積的電池單元??蓪⒍鄠€電極層疊,并在電池單元內(nèi)串聯(lián),制造出12V或24V的大電壓電池單元。
全固態(tài)電池也有一些需要解決的問題:
1.固體電解質(zhì)材料導(dǎo)電率低(<10-3S/cm),內(nèi)阻較大,高倍率放電時壓降較大,近期難以解決電池快充問題,低溫性能有待進(jìn)一步提高。固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度上升也會有明顯的提高,因此全固態(tài)電池高溫工作性能好。
2.固態(tài)電解質(zhì)/電極間界面阻抗大,界面相容性較差,界面鋰離子電導(dǎo)率較低,固態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中體積膨脹和收縮,導(dǎo)致界面容易分離。
3.有待設(shè)計和構(gòu)建與固態(tài)電解質(zhì)相匹配的電極,研究和開發(fā)出適合于固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池體系。
4.目前無機(jī)體系的固態(tài)電池很多采用CVD/PVD等復(fù)雜的工藝制備,生產(chǎn)(沉積薄膜)速度慢,成本昂貴,單體電池容量小,只適合做小型電子器件用的電池。
隨著動力電池技術(shù)的飛速發(fā)展,這些問題的解決只是時間問題。預(yù)計全固態(tài)電池車輛大概在2019年在中國出現(xiàn),全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化是必然趨勢,也是未來電動汽車革命性變革的重要因數(shù)。目前世界各國競相推動全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。這將是未來動力電池產(chǎn)業(yè)競爭最激烈的領(lǐng)域。
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