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工艺尚未成熟
市面上常见锂离子电池,由于电解液为有机溶剂体系,电池的正、负极需要用隔膜分隔开来,防止两极接触而短路,而固态电池则不需要隔膜。看似是减少了生产工艺,但实际上固态电池却面临着更多问题。
北京卫蓝新能源科技有限公司总经理俞会根指出,由于固态电池的电解质材料均为固体,导电过程是点接触,因此电池制造过程中需解决基于界面阻抗大、界面稳定性不良、界面应力变化等引起的问题;此外,固态电解质在充放电过程中体积膨胀和收缩,导致界面容易分离,就现阶段技术水平而言,还有较大的提升空间。
为了适应不同的固态电解质,常见的磷酸铁锂和NMC三元锂正极材料、石墨负极材料可能无法很好的适用与固体电解质,需要设计和构建与固态电解质相匹配的电极,研究和开发出适合于固态电解质的锂离子电池新体系。
从理论的提出时间来看,固态电池并不是一个新的概念,但多年来,研发上的进展并没有想象那么快速。即便能在成本上的降低,电池从实验室到最终的量产也需要时间。日韩、美国、欧洲等多个国家的固态电池技术基本都处于小容量样品电芯阶段,量产工艺不成熟,固态电池距商业化应用还有很长的路要走。
当前,如何制备出稳定性好、电导率高的电解质材料显得非常重要,采用固体电解质制备全固态电池可以从根本上解决锂离子电池现有的安全问题。为了实现固体电解质的实际应用,关键要使其满足以下方面的性能:
1、常温离子电导率应达到10-3S/cm或更高;
2、具有好的电化学和化学稳定性;
3、与电极之间相容性很好;
4、多孔的结构和高的吸液率;
5、有较好的延伸率和机械强度。
正如液态锂离子电池,在20世纪70年代,相关的理念和实验认证就在齐头并进地推进,但真正大规模的使用,已经是20世纪末了。
结语
作为未来动力电池技术的一个发展方向,我们现在可以对固态电池做一个简单对概括:
1、固态电解质相比于现今常见的电解液锂离子电池,是一种技术上的颠覆,需要设计和构建与固态电解质相匹配的电极,研究和开发出适合于固态电解质的锂离子电池新体系;
2、固态电池的量产工艺上需要很大的改进,毕竟动力电池单体注液机已经非常成熟了,而固态电解质的添加工艺还没有完全成型,量产设备不成熟;
3、在通常使用条件下,无机固态电解质的关键挑战在于体积变化、界面电荷转移电阻、灵活性和较差的循环稳定性等问题;聚合物固态电解质虽然克服了无机固体电解质的这些局限性(具有良好的灵活性并且能与电极紧密接触),但是其电化学稳定窗口小、离子电导率(室温)差。
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