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锂电池厂家浅谈全固态二次锂电池的优点和材料研究

来源:小鱼儿玄机2站  日期:2020-02-26 15:39  浏览量:

锂电池厂家浅谈全固态二次锂电池的优点和材料研究。全固态锂电池作为最具潜力的电化学储能装置,近年来受到广泛关注。随着循环性、安全性等综合技术指标的提升,固态二次锂电池应用市场将逐渐扩大,全固态锂电池有望成为下一代动力锂电池厂家主导技术路线。

全固态二次锂电池的优点

近年来,伴随着电动汽车的兴起,以及可再生能源发电对大规模储能装置的迫切需求,锂电池的研究再度升温,开发安全、大容量、大功率和长寿命的二次锂电池成为焦点。固态二次锂电池作为锂电池的一种新形式,从根本上讲具有锂电池能量密度高的优点。此外,全固态二次锂电池还具备如下优点:

锂电池.jpg

(1)安全性能高

由于液态电解质中含有易燃的有机溶剂,发生内部短路时温度骤升容易引起燃烧,甚至爆炸,需要安装抗温升和防短路的安全装置结构,这样会增加成本,但仍无法彻底解决安全问题。号称BMS做到全球最好的特斯拉,在今年仅国内就有两辆ModelS发生严重起火事件。因而基于无机固体电解质的全固态锂二次电池有望具有很高的安全特性。

(2)能量密度高

目前,市场中应用的锂离子电池电芯能量密度最高达到260Wh/kg左右,正在开发的锂离子电池能量密度可达到300-320Wh/kg。对全固态锂电池来说,如果负极采用金属锂,电池能量密度有望达到300-400Wh/kg,甚至更高。全固态二次电池有望获得更高的功率密度。固态电解质以锂离子作为单一载流子,不存在浓差极化,因而可工作在大电流条件,提高电池的功率密度。

(3)循环寿命长

固体电解质有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长固体电解质界面膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题,有可能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

全固态锂电池如果全部采用无机固体电解质,最高操作温度有望提高到300℃甚至更高,目前,大容量全固态锂电池的低温性能有待提高。具体电池的工作温度范围,主要与电解质及界面电阻的高低温特性有关。

(5)电化学窗口宽

全固态二次锂电池的电化学稳定窗口宽,有可能达到5V,适应于高电压型电极材料,有利于进一步提高能量密度。目前基于氮化磷酸锂的薄膜锂电池可以在4.8V工作。

(6)具备柔性优势

固态二次锂电池还具有结构紧凑、规模可调、设计弹性大等特点。固态电池既可以设计成厚度仅几微米的薄膜电池,用于驱动微型电子器件,也可制成宏观体型电池,用于驱动电动车、电网储能等领域,并且在这些应用中,电池的形状也可根据具体需求进行设计。

全固态锂电池关键材料研究

●聚合物固态电解质

聚合物固态电解质(SPE),由聚合物基体(如聚酯、聚酶和聚胺等)和锂盐(如LiClO4、LiAsF4、LiPF6、LiBF4等)构成,因其质量较轻、黏弹性好、机械加工性能优良等特点而受到了广泛的关注。

●氧化物固态电解质

按照物质结构可以将氧化物固态电解质分为晶态和玻璃态(非晶态)两类,其中晶态电解质包括钙钛矿型、NASICON型、LISICON型以及石榴石型等,玻璃态氧化物电解质的研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质。

●氧化物晶态固体电解质

氧化物晶态固体电解质化学稳定性高,可以在大气环境下稳定存在,有利于全固态电池的规模化生产,目前的研究热点在于提高室温离子电导率及其与电极的相容性两方面。目前改善电导率的方法主要是元素替换和异价元素掺杂。另外,与电极的相容性也是制约其应用的重要问题。

总结;固态锂电池是未来锂电池极有希望的发展方向,全固态锂电池未来市场潜力巨大,综合来看,安全性高、能力密度潜力大的固态电池必然是下一代电池的发展方向,预计全固态锂离子电池会在2025-2030年之间取得突破。

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