固態(tài)電池的核心材料有哪些你知道嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-23 20:46
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目前在固體鋰離子導(dǎo)體的單一指標(biāo)上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲(chǔ)能需求?，F(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。
電解質(zhì)材料是全固態(tài)鋰電池技術(shù)的核心，目前固態(tài)電解質(zhì)的研究主要集中在三大類材料：聚合物、氧化物和硫化物。聚合物高溫性能好，已經(jīng)有商業(yè)化的應(yīng)用案例;氧化物循環(huán)性能良好，適用于薄月莫柔性結(jié)構(gòu);硫化物電導(dǎo)率最高，是未來主要方向。
不過，固態(tài)電池仍然面臨一些技術(shù)難題。固態(tài)電解質(zhì)具有高的電阻，在電導(dǎo)率、電池倍率、電池制備效率、成本控制方面都存在技術(shù)挑戰(zhàn)。今年5月，豐田表示期望在2020年以后能制造出固態(tài)電池，但若要實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，還需要等到2030年以后。
針對固態(tài)電池，我們要從最基礎(chǔ)的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進(jìn)行研究，只有從根本上解決了關(guān)鍵材料和界面問題，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求。
而面對發(fā)展過程中接連不斷的挑戰(zhàn)，各種新技術(shù)“百家爭鳴”，一些固態(tài)電池技術(shù)有了最新突破。
比如，在固體電解質(zhì)材料上，業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)基于石榴石結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧（LLZO）固體電解質(zhì)體系的固態(tài)電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，它也因此成為一大技術(shù)熱點(diǎn)。
LLZO是一種性能優(yōu)異的填料，能夠提高聚合物基復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的性能。基于LLZO的固態(tài)電池循環(huán)1000次后容量仍能保持81%。
董衫木告訴記者了另一種電解質(zhì)材料思路——“剛?cè)岵?jì)”，使用剛性的聚合物骨架和無機(jī)顆粒與柔性的聚合物離子傳輸材料融合。
“通過聚合物和聚合物之間，以及聚合物和無機(jī)顆粒之間的路易斯酸堿相互作用，可為鋰離子傳輸創(chuàng)造新通道，大幅提升電解質(zhì)的綜合性能。”
而界面處理的研究熱點(diǎn)主要集中在界面設(shè)計(jì)及修飾層上，目前凝膠化的界面設(shè)計(jì)已經(jīng)取得了較好成果。
通過凝膠態(tài)的聚合物對界面進(jìn)行修飾，增加接觸面積的同時(shí)還可以緩沖循環(huán)過程中的體積效應(yīng)，在室溫下經(jīng)過300次循環(huán)，基本無退化，這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較好的改善了電池性能。
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除了固態(tài)電解質(zhì)和界面，固態(tài)電池一體化設(shè)計(jì)也非常重要。因?yàn)閷?chǔ)能、新能源汽車等不同領(lǐng)域來說，需要有針對性的進(jìn)行電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
總的來說，對于固態(tài)電池的研究，目前還是偏學(xué)術(shù)多一些，在產(chǎn)業(yè)化方面，因?yàn)橐恍╆P(guān)鍵技術(shù)涉及到各個(gè)企業(yè)核心技術(shù)而無法獲取，導(dǎo)致基于工程化應(yīng)用方面的技術(shù)還是需要進(jìn)行進(jìn)一步探究。
