固態(tài)電池相比鋰離子電池實現(xiàn)安全與性能雙提升

來源：存能電氣  日期：2020-07-15 09:29  瀏覽量：次

固態(tài)電池相比鋰離子電池實現(xiàn)安全與性能雙提升。由于科學界普遍認為鋰離子電池已經(jīng)到達極限，固態(tài)電池于近年被視為可以繼承鋰離子電池地位的電池。基于安全和能量密度上的優(yōu)勢，固態(tài)電池已成為未來鋰電池發(fā)展的必經(jīng)之路。

固態(tài)電池相比鋰離子電池實現(xiàn)安全與性能雙提升

本質(zhì)上，固態(tài)電池的原理和“傳統(tǒng)”的鋰電池是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負兩極之間穿梭往來，實現(xiàn)充放電的功能。不同的是，固態(tài)電池中的電解質(zhì)是固態(tài)的，而傳統(tǒng)鋰電池的電解質(zhì)是液態(tài)的。

固態(tài)電池最大的優(yōu)勢：重量輕，能量密度高，體積小，更安全。因為它使用的材料不同，所以它要比液態(tài)鋰電池輕很多，而且能量密度相對要高，在傳統(tǒng)的鋰電池當中需要隔膜和電解液，而它們的重量和體積占比較大，固態(tài)電解質(zhì)可以把正負極之間的距離縮短到幾微米，可以大大降低固態(tài)電池的厚度。

1.目前安全性最高

固態(tài)電池本質(zhì)上比現(xiàn)有的鋰離子電池更安全，能量密度也更高，鋰離子電池依賴易燃液體電解質(zhì)將存儲在分子鍵中的化學能量快速轉(zhuǎn)移至電能中。研究人員將液體電解質(zhì)轉(zhuǎn)化為電化學電池內(nèi)部的固體聚合物，利用了液體和固體的特性以克服當前影響電池設計的關鍵限制。在此種情況下，固態(tài)電解質(zhì)可以防止金屬形成樹突，從而導致電池短路、過熱和故障。

2.能量密度高

一是電壓平臺提升，負極金屬鋰，正極高電勢材料，電化學窗口5V以上；使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是直接使用金屬鋰來做負極，這樣可以大大減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有明顯提高。

3.循環(huán)壽命長

固態(tài)電池設計開發(fā)相比傳統(tǒng)鋰離子電池循環(huán)壽命達到1200次以上，有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。

4.工作溫度范圍寬

研究人員表示，由于固體更緊密堅固，這種高導電性的固態(tài)鋰電池能在更寬的溫度范圍下供電，抵抗物理損傷和高溫的能力更強。研究小組開發(fā)的稱為鋰超離子導體（Li10GeP2S12）的新材料，仍然用鋰作離子導體，但給它們涂了一層晶體結構層，他們對這種固態(tài)鋰電池進行了測試，發(fā)現(xiàn)其在導電性能上達到了現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池的水平，而且新電池能在-100℃到100℃之間的溫度范圍內(nèi)工作。

5.薄膜柔性化

能夠制成體積非常小的電池也是全固態(tài)電池技術的一大特色，這可以方便電池適應各種新型小尺寸智能電子設備的應用，而在這一點上傳統(tǒng)的鋰離子電池的技術是很難達到的。全固態(tài)電池可以經(jīng)過進一步的優(yōu)化，變成柔性電池，從而帶來更多的功能和體驗。

8.可快速充電

固態(tài)電池可在室溫下實現(xiàn)穩(wěn)定的充電和放電循環(huán)，并可同時快速充電。新型固態(tài)電池充滿電僅需1小時。

8.多功能封裝

固態(tài)電池的封裝相對簡單，能省掉電池包外殼、冷卻等系統(tǒng)，同時可實現(xiàn)電池柔性化、異形化，根據(jù)不同應用場景設計不同形狀，靈活性更強。

9.生產(chǎn)效率提高

無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機構，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。

固態(tài)電池引來各大鋰電池廠商爭相布局

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球范圍內(nèi)致力于固態(tài)電池技術研發(fā)與應用的車企與動力鋰電池廠商有20多家，其中不少企業(yè)都宣布要量產(chǎn)固態(tài)電池，并制定了相應的發(fā)展路線計劃。國際上，除了大眾汽車，寶馬、豐田、本田、日產(chǎn)、松下等車企及電池企業(yè)均在固態(tài)電池領域有所布局。

在國內(nèi)動力電池企業(yè)中，清陶能源、寧德時代、贛鋒鋰業(yè)、輝能、北京衛(wèi)藍、卡耐新能源等走在固態(tài)電池研發(fā)前列。新造車企業(yè)中，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車已分別與輝能科技達成合作，共同研發(fā)固態(tài)電池。

固態(tài)電池可以解決安全性、能量密度以及特殊功能（比如柔性）等需求，目前已經(jīng)有一部分技術路線接近了工業(yè)化的條件，在近幾年內(nèi)應該會有產(chǎn)品問世。

總體來說：固態(tài)電池憑借其高安全性、高能量密度、耐高溫、長壽命等優(yōu)點，開創(chuàng)性地解決了傳統(tǒng)有機電解液電池存在的壽命短、易燃、易爆等一系列問題，成為造福人類的一項顛覆性的突破技術。固態(tài)電池是未來鋰電池發(fā)展的必然選擇，越早了解越早掌握主動權。