什么是固態(tài)電池？固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)有哪些？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-14 09:44
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優(yōu)勢(shì)之一：輕——能量密度高
使用了全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會(huì)發(fā)生改變，其中核心的一點(diǎn)就是可以不必使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度有明顯提高。
此外，許多新型高性能電極材料，可能之前與現(xiàn)有的電解液體系的兼容性并不好，但是在使用全固態(tài)電解質(zhì)后該問(wèn)題可以得到一定的緩解。
綜合考慮到以上兩大因素，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，能量密度可以有一個(gè)較大幅度的提升：現(xiàn)在許多實(shí)驗(yàn)室中，都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池了(一般鋰離子電池是100-220Wh/kg)。
從能量密度的數(shù)據(jù)上看，或許全固態(tài)電池真的有希望讓我們的生活從“一天一充”升級(jí)到“兩天一充”。
另外，電池技術(shù)的前進(jìn)受到電化學(xué)規(guī)律的制約，其容量上升是有理論極限的，一般很難以一個(gè)較大的幅度產(chǎn)生飛越式的、顛覆式的發(fā)展。因此建議廣大讀者擦亮眼睛，一但發(fā)現(xiàn)有性能“翻一/幾番”，“幾分鐘充滿電”，“成本下降70%”一類(lèi)新聞時(shí)，要加倍警覺(jué)，因?yàn)榇祟?lèi)新聞宣傳誤導(dǎo)的嫌疑很大，而背后存在的問(wèn)題往往總是避而不談。
優(yōu)勢(shì)之二：薄——體積小
實(shí)際上，體積能量密度對(duì)于電池來(lái)說(shuō)是一個(gè)很重要的參數(shù)，如果就應(yīng)用領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，要求從高到低是消費(fèi)電子產(chǎn)品>家用電動(dòng)汽車(chē)>電動(dòng)公交車(chē)。
如果通俗地講，就是體積能量密度高了，因此相同質(zhì)量的電池才能做的體積更小。
電子產(chǎn)品中的可用空間往往很有限，很多產(chǎn)品(例手機(jī)、平板電腦)有近1/3左右的體積和質(zhì)量已經(jīng)被電池占據(jù)，而且在廣大生產(chǎn)廠商和消費(fèi)者希望對(duì)電池進(jìn)一步提高容量(增加續(xù)航)和壓縮體積(便攜美觀和便于設(shè)計(jì))的要求下，高壓實(shí)、體積能量密度最高的鈷酸鋰(LCO)電池依然是當(dāng)仁不讓的主流產(chǎn)品。
傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來(lái)占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代(主要有有機(jī)和無(wú)機(jī)陶瓷材料兩個(gè)體系)，正負(fù)極之間的距離(傳統(tǒng)上由隔膜電解液填充，現(xiàn)在由固態(tài)電解質(zhì)填充)可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。
不僅如此，很多經(jīng)過(guò)物理/化學(xué)氣相沉積(PVD/CVD)制備的全固態(tài)電池，其整體厚度可能只有幾十個(gè)微米，因此就可以制成非常小的電源器件，整合到MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))領(lǐng)域中。能夠制成體積非常小的電池也是全固態(tài)電池技術(shù)的一大特色，這可以方便電池適應(yīng)各種新型小尺寸智能電子設(shè)備的應(yīng)用，而在這一點(diǎn)上傳統(tǒng)的鋰離子電池的技術(shù)是很難達(dá)到的。
目前許多納米材料實(shí)用的一大關(guān)鍵障礙就在于比表面積大，體積密度過(guò)低，導(dǎo)致如果基于這些材料制成產(chǎn)品，往往相同質(zhì)量下占據(jù)體積過(guò)大，即體積能量密度偏低，完全無(wú)法滿足一般工業(yè)品的要求。所以現(xiàn)在的納米(電池)材料科研中往往選擇了不報(bào)道這方面的參數(shù)，原因不難理解。
優(yōu)勢(shì)之三：柔性化的前景
全固態(tài)電池可以經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的優(yōu)化，變成柔性電池，從而帶來(lái)更多的功能和體驗(yàn)。
實(shí)際上，即使是脆性的陶瓷材料，在厚度薄到毫米級(jí)以下后經(jīng)常是可以彎曲的，材料會(huì)變得有柔性。相應(yīng)的，全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會(huì)有明顯的提高，通過(guò)使用適當(dāng)?shù)姆庋b材料(不能是鋼性的外殼)，制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。實(shí)際上，以各種可穿戴設(shè)備為代表的柔性電子器件是下一代電子產(chǎn)品發(fā)展的重要方向，而這就要求該產(chǎn)品中的元件同樣需要具有柔性，因此柔性全固態(tài)電池是科研與工業(yè)界中，非常有前景的明日之星。
