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(3)减轻系统重量,能量密度进一步提升
固态电池系统重量减少进一步提升能量密度。动力电池系统需要先生产单体,单体封装完成后将单体之间进行串联组装。若先在单体内部进行串联,则会导致正负极短路与自放电。固态电池电芯内部不含液体,可实现先串并联后组装,减少了组装壳体用料,PACK设计大幅简化。此外,由于彻底的安全特性,BMS等温控组件将得以省去,并可通过无隔膜设计进一步为电池系统“减负”。
(三)固态电池是最有希望率先产业化的下一代电池技术
固态电池体系革命更小。锂硫电池、锂空气等体系需更换整个电池结构框架,难题更多也更大,而固态电池主要在于电解液的革新,正极与负极可继续沿用当前体系,实现难度相对小。
锂金属负极兼容,通过固态电解质实现。锂硫、锂空气均需采用锂金属负极,而锂金属负极更易在固态电解质平台实现。
固态电池作为距离我们最近的下一代电池技术已成为科学界与产业界的共识,是后锂电时代的必经之路。
三、固态电池距离我们还有多远
(一)高阻抗、低倍率的核心难题
当前固态电解质体相离子电导率远低于液态电解质的水平,往往相差多个数量级。按照材料的选择,固态电解质可以分为聚合物、氧化物、硫化物三种体系,而无论哪一种类别,均无法回避离子传导的问题。电解质的功能在于电池充放电过程中为锂离子在正负极之间搭建锂离子传输通道来实现电池内部电流的导通,决定锂离子运输顺畅情况的指标被称为离子电导率,低的离子电导率意味着电解质差的导锂能力,使锂离子不能顺利在电池正负极之间运动。聚合物体系的室温电导率约10-7-10-5S/cm,氧化物体系室温下电导率为10-6-10-3S/cm,硫化物体系电导率最高,室温约10-3-10-2S/cm,而传统液态电解质的室温离子电导率为10-2S/cm左右,比任意固态电解质类型的离子电导率都要高。
此外,固态电解质拥有高界面阻抗。在电极与电解质界面上,传统液态电解质与正、负极的接触方式为液/固接触,界面润湿性良好,界面之间不会产生大的阻抗,相比较之下,固态电解质与正负极之间以固/固界面的方式接触,接触面积小,与极片的接触紧密性较差,界面阻抗较高,锂离子在界面之间的传输受阻。
低离子电导率与高界面阻抗导致了固态电池的高内阻,锂离子在电池内部传输效率低,在高倍率大电流下的运动能力更差,直接影响电池的能量密度与功率密度。
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