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安全始终是锂电池头顶的一把利剑。包括锂电产业链上的各大企业、研究院校等业界各方都一直在不遗余力地解决这一“老大难”问题。其中,研究生产全固态锂电池就是业界提出的一种新思路和新方法。
安全始终是锂电池头顶的一把利剑。包括锂电产业链上的各大企业、研究院校等业界各方都一直在不遗余力地解决这一“老大难”问题。其中,研究生产全固态锂电池就是业界提出的一种新思路和新方法。
中国工程院院士陈立泉说:“2014年我就提出争取5年实现(全固态锂电池)产业化,全固态电池是我们实现领跑的难得机遇,我国40年前就开始研究,我们有基础。”
高工锂电网了解到,目前全固态锂电池还处于研发阶段,国内已经有部分企业在进行技术攻关。全固态锂电池研发进程到达什么阶段?离产业化进程有多远?本文将帮助读者更清晰地认识全固态锂电池以及其产业化进程。
技术原理
全固态锂电池,即电池各单元,包括正负极、电解质全部采用固态材料的锂二次电池,是从20世纪50年代开始发展起来的,它的工作原理与液态电解质锂离子电池的原理相通。
目前,按照电解质区分,全固态锂电池主要包括两大类:一类是有机聚合物电解质组成的全固态锂电池,称为聚合物全固态锂电池;二是以无机固体电解质组成的锂离子电池,称作无机全固态锂电池,主要有氧化物类和硫化物类。
在构造上,全固态锂电池比传统锂离子电池要简单,固体电解质除了传导锂离子,也充当隔膜的角色。因此,在全固态锂电池中,电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用,大大简化电池的构建步骤。
聚合物全固态锂电池的优点是安全性高,不仅能够制备成各种形状,而且通过卷对卷的方式制备相对容易;无机全固态锂电池使用的无机固体电解质材料,具有机械强度高,不含易燃、易挥发成分,不存在漏液,抗温度性能好等特点。
同时,无机材料容易实现大规模制备以满足大尺寸电池的需要,还可以制备成薄膜,易于将锂电池小型化,由无机材料组装的薄膜无机固体电解质锂电池具有超长的储存寿命和循环性能。
阻碍产业化难题在哪?
江苏清陶能源科技有限公司(下称“清陶能源”)首席技术官李峥博士表示,目前困扰全固态电池实现产业化主要有两个问题:一是固态电解质在室温条件下的离子电导率不高;二是固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大。
目前使用的聚合物、氧化物、硫化物固态电解质都存在这些问题。具体来说,聚合物耐温性能不够,界面问题稍微好一点,但电化学窗口较窄、稳定性较差、离子电导性偏低;氧化物界面抗阻比较大,离子电导性也偏低;硫化物离子电导性高一点,但是界面离子传输性能不佳,且材料本身稳定性也不好。
此前曾有媒体报道,法国Bollore 公司已经在英国伦敦投放了3500辆城市租赁车。据了解这批租赁车均为使用全固态锂电池的电动汽车,该款电池化学体系为Li/PEO/LFP,电池包重量达到300KG,能量密度在100wh/kg,并且1300次循环后,出水容量达到80%。
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