鐵電池和全固體電池優(yōu)缺點(diǎn)有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-26 14:20
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在日本，圍繞安全性優(yōu)于目前主流鋰離子電池的新一代電池——“全固體電池”的研發(fā)正不斷涌現(xiàn)成果。日本東北大學(xué)與豐田汽車將全固體電池的充電時(shí)間縮短到了傳統(tǒng)電池的10分之1。東北大學(xué)的其他研發(fā)團(tuán)隊(duì)則開(kāi)發(fā)出輕量的全固體電池，并降低了工作溫度。另外，韓國(guó)三星電子也正在開(kāi)發(fā)提高全固體電池使用壽命的技術(shù)。在日本國(guó)內(nèi)外，面向?qū)嵱没拈_(kāi)發(fā)競(jìng)爭(zhēng)正日趨激烈。
作為鋰電池主要材料的電解液中含有容易著火的有機(jī)溶劑。而全固體電池使用固體電解質(zhì)而非液體電解液。由于鋰離子在不易燃燒的固體電解質(zhì)中移動(dòng)，因此將大幅提高安全性。雖然理論上相比使用電解液的電池，全固體電池的蓄電量更多、輸出功率也更大，但此前研發(fā)的全固體電池卻在性能上一直難以超過(guò)傳統(tǒng)電池，投入實(shí)用存在困難。
在研究中，日本東北大學(xué)的一杉太郎副教授等人關(guān)注到了電解質(zhì)和電極界面的問(wèn)題。通過(guò)使用真空裝置，并調(diào)整電池的制作方法，使電解質(zhì)和電極完美貼合。由于界面緊密貼合，鋰離子易于在電池中移動(dòng)。解決了固體電解質(zhì)和電極受縫隙和雜質(zhì)影響無(wú)法緊密貼合的課題。
在使用試制的全固體電池進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中，充電時(shí)間從使用電解液的傳統(tǒng)電池所需的30分鐘以上縮短至3分鐘。如果將全固體電池用于純電動(dòng)汽車(EV)的電池，將實(shí)現(xiàn)快速充電。今后將與豐田和電池廠商共同推進(jìn)開(kāi)發(fā)。
同為東北大學(xué)的折茂慎一教授和宇根本篤講師等人使用鋰和氫的化合物作為電解質(zhì)，將全固體電池的重量減輕了一半以上。此前研發(fā)的使用硫化物和氧化物作為電解質(zhì)的全固體電池要比使用電解液的電池更重。
使用鋰和氫的化合物后，存在只有在高溫環(huán)境下才能工作的問(wèn)題，但通過(guò)對(duì)電解質(zhì)的成分等進(jìn)行改進(jìn)，由原來(lái)的120攝氏度降低到了90攝氏度。今后的目標(biāo)是使該電池在室溫下實(shí)現(xiàn)正常工作。計(jì)劃與三菱瓦斯化學(xué)合作，力爭(zhēng)5年后作為純電動(dòng)車等配備的電池達(dá)到實(shí)用水平。
三星電子提高了使用硫化物的全固體電池的耐久性。反復(fù)充放電500次后仍可維持約80%的容量，已接近實(shí)用水平。此前存在反復(fù)充放電后容量急速減少的課題。但通過(guò)對(duì)正極的結(jié)構(gòu)進(jìn)行精心改進(jìn)，并在正極內(nèi)均勻分散容易通電的物質(zhì)，解決了這一課題。這一成果已在上個(gè)月于京都市舉辦的電池研討會(huì)上發(fā)布。
目前作為主流的鋰離子電池單位體積的輸出功率較高，蓄電量也大。主要用于便攜終端及純電動(dòng)車等。不過(guò)發(fā)熱可能導(dǎo)致破損，有觀點(diǎn)指出存在安全隱患。
新一代電池：配備現(xiàn)有鋰離子電池的純電動(dòng)汽車充滿一次電的行駛距離僅為200公里左右。而汽油車在加滿油的情況下可行駛約500公里。新一代電池的目標(biāo)是將性能提高到與汽油車等同等或以上的水平。還力爭(zhēng)提高安全性和耐久性，縮短充電時(shí)間。
目前正在開(kāi)展研發(fā)的新一代電池除了全固體電池及鈉離子電池之外，還包括使用空氣中的氧實(shí)現(xiàn)輕量化的空氣電池、使用鎂離子等蓄電量較多的多價(jià)離子電池等。
和“全固體電池”類似，經(jīng)近幾年的電動(dòng)車實(shí)際運(yùn)行檢驗(yàn)，比亞迪鐵電池的安全性得到業(yè)界巨頭的肯定，但相比于“全固體電池”鐵電池有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢？
其實(shí)鋰電池只是一個(gè)統(tǒng)稱，如果按照其正極材料等進(jìn)行細(xì)分的話，還會(huì)有鈷酸鋰、錳酸鋰以及磷酸鐵鋰，下面結(jié)合鐵電池原理對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行闡述。
磷酸鐵鋰電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)
磷酸鐵鋰電池工作原理
什么是磷酸鐵鋰電池
鋰離子電池內(nèi)部主要由正極、負(fù)極電解質(zhì)和隔膜組成，鋰離子電池的正、負(fù)極及電解質(zhì)根據(jù)所使用材料的不同，會(huì)使電池有著不同的性能表現(xiàn)以及不同的名稱。目前市面上比較常見(jiàn)的鋰電池分為鈷酸鋰（LiCoO2）和錳酸鋰（LiMn2O4），以及本篇文章中的主角——磷酸鐵鋰（LiFePO4）。
逐漸興起的電動(dòng)汽車
作為鋰電池的一種，磷酸鐵鋰主要用途就是動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域，比如電動(dòng)汽車、軍事航天、電動(dòng)工具以及UPS，由于其有著出色的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、安全性能以及較長(zhǎng)的使用壽命，所以更加適合用在動(dòng)力系統(tǒng)領(lǐng)域中使用。相比使用其他正極材料的鋰離子電池來(lái)說(shuō)，磷酸鐵鋰電池至少具備五大優(yōu)點(diǎn)。
