全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池工作原理一樣嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-08-14 15:23
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在電解質(zhì)方面，固態(tài)鋰電池采用聚合物、無機物等固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)（有機電解液），當前主要以thio-LISICON硫化物、氧化物、聚合物和硼氫化鋰基等作為固體電解質(zhì)，這是二者的核心差異，正是由于這種差異，電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑等化學(xué)物質(zhì)都不再使用，全固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)大為簡化。目前電解質(zhì)的研究主要集中在高電導(dǎo)率的復(fù)合型電解質(zhì)等研發(fā)。
在正極方面，以往研究中全固態(tài)鋰電池主要使用LiCoO2作為正極材料，此外也有LiFePO4、LiMn2O4、三元材料等傳統(tǒng)氧化物正極，還能兼容更高電壓的氧化物正極、高容量硫化物正極等。正極的研究方向集中在降低正極的界面阻抗，提高高倍率放電性能，方式如原位表面修飾等。
在負極方面，全固態(tài)鋰電池除了石墨負極之外，一系列高性能負極材料也在不斷開發(fā)應(yīng)用，包括金屬Li（Li-In合金）、碳族（如碳基、硅基和錫基）、以及氧化物等負極材料。
固態(tài)鋰電池安全性及高能量密度的性能優(yōu)勢突出。固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池的優(yōu)點基礎(chǔ)上，安全性、能量密度等方面有了大幅進步。
1）安全性極高：與傳統(tǒng)鋰電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點是安全性。液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，以及在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。而固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，因而全固態(tài)電池具有極高安全性。
2）能量密度提升：一是電壓平臺的提升，電池能量密度將增大。有機電解質(zhì)電化學(xué)窗口有限，難以兼容金屬鋰負極和新研發(fā)的高電勢正極材料，但是固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進一步提升電池的能量密度。二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達300-400Wh/kg。
3）循環(huán)性能增強：液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中可與鋰離子發(fā)生不可逆反應(yīng)，形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI)，會導(dǎo)致活性物質(zhì)和電解質(zhì)的損失，降低了庫倫效率。而固態(tài)電解液解決了固體電解質(zhì)界面膜(SEI)的問題和鋰枝晶現(xiàn)象，大大提升了鋰電池的循環(huán)性和使用壽命（例如LIPON做電解質(zhì)材料，理想情況下循環(huán)性能表現(xiàn)優(yōu)異，循環(huán)45000次左右）。
4）適用范圍擴大：固態(tài)電解質(zhì)賦予固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)?？烧{(diào)、設(shè)計彈性大等特點，固態(tài)電池既可以設(shè)計成厚度僅幾微米的薄膜電池，用于驅(qū)動微型電子器件，也可制成大容量電池，用于動力和儲能領(lǐng)域。此外，固態(tài)材料內(nèi)在的高低溫穩(wěn)定性，為全固態(tài)電池在更寬的溫度范圍（工作溫度范圍約為-25C到60C）內(nèi)工作提供了基本保證。
