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全固态薄膜锂离子电池简介和特点

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2019-09-19 15:45  浏览量:

  全固态薄膜锂离子电池简介和特点。我国的薄膜型全固态锂电池的研究与商业化起步相对较晚。随着新能源汽车的兴起,锂离子电池越来越受到关注。全固态锂离子薄膜电池由于安全性更高等优点,日益受到重视。

全固态薄膜锂离子电池.jpg

  全固态薄膜锂离子电池简介

  所谓全固态薄膜锂离子电池简单来说就是指电池结构中所有组建都是以固态形式存在,而如今传统的商业化的锂离子电池则是液态锂离子电池即电解液是液态溶液状。具体来说就是把传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质,一般是以锂金属为负极,也可是石墨类及其他复合材料。

  薄膜型全固态锂电池是在传统锂离子电池的基础上发展起来的一种新型结构的锂离子电池。其基本工作原理与传统锂离子电池类似,即在充电过程中Li+从正极薄膜脱出,经过电解质在负极薄膜发生还原反应;放电过程则相反。

  在薄膜型全固态锂电池中,电解质起着至关重要的作用,直接影响到薄膜电池的充放电倍率、循环寿命、自放电、安全性以及高低温性能。

  薄膜锂离子电池在结构上使用固态电解质层取代了传统锂离子电池原有的电解液和隔膜,由致密的正极、电解质、负极薄膜在衬底上叠加而成,并且在加工制备、电化学特性等方面有着显著的差异。

  薄膜型全固态锂电池通常使用磁控溅射、脉冲激光沉积、热蒸发等镀膜方法或者化学气相沉积、溶胶-凝胶等合成方法成膜。基于以上制备工艺,薄膜型全固态锂电池的电极薄膜十分致密,与体型固态电池的多孔电极相比,电极材料的利用率可有效提高。

  全固态薄膜锂离子电池特点

  全固态薄膜锂离子电池具有极高的安全性,其固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不漏液,同时也克服了锂枝晶现象,搭载全固态锂电池的汽车的自燃概率会大大降低。

  全固态锂电池采用全新固态电解质取代当前有机电解液和隔膜,具有高安全性、高体积能量密度,同时与不同新型高比能电极体系具有广泛适配性,可进一步提升质量能量密度,从而有望成为下一代动力电池的终极解决方案。

  (1)高安全性能:无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液,电池安全性也大幅提高。

  (2)高能量密度:全固态锂电池负极可采用金属锂,电池能量密度有望达到300~400Wh/kg甚至更高;其电化学稳定窗口可达5V以上,可匹配高电压电极材料,进一步提升质量能量密度。

  (3)循环寿命长:有望避免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,大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。

  (4)工作温度范围宽:全固态锂离子电池针刺和高温稳定性极好,如全部采用无机固体电解质,最高操作温度有望达到300℃,从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控。

  (5)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。

  基于以上特性,薄膜型全固态锂电池可广泛的应用于智能卡、电子标签、集成电路等领域,被认为是微电子系统电源供应中唯一可用的能源器件以及可穿戴电子设备的理想电源,还可以应用于可植入医疗器件、航天航空等特殊领域。

  总体而言,我国有待进一步突破国外的技术封锁,实现薄膜型全固态锂电池技术与产业的自主化。下一代薄膜型全固态锂电池的发展,依赖于新型关键材料的研究和薄膜制备技术的突破。

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