固態(tài)鋰電池優(yōu)勢也有所突出嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-08-30 11:58
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各國為實(shí)現(xiàn)既定的高能量密度的目標(biāo)，均在積極地進(jìn)行鋰硫電池、鋰空氣電池、或鋰金屬電池等電池的先導(dǎo)性研究。從當(dāng)前能量密度持續(xù)提升的態(tài)勢及研發(fā)的進(jìn)展來看，我國提出的2025年400Wh/kg的能量密度要求較高，正加速倒逼新型電池技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。目前，一些企業(yè)研發(fā)出的全固態(tài)鋰電池能量密度可達(dá)300-400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)和應(yīng)用已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。
相較于傳統(tǒng)鋰電池，固態(tài)鋰電池的差異在于電解質(zhì)固態(tài)化。全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，包括電池各單元（正極、負(fù)極、電解質(zhì)），其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。
在電解質(zhì)方面，固態(tài)鋰電池采用聚合物、無機(jī)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(jī)電解液），當(dāng)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(fù)極方面，全固態(tài)鋰電池除了石墨負(fù)極之外，一系列高性能負(fù)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(fù)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(diǎn)基礎(chǔ)上，安全性、能量密度等方面有了大幅進(jìn)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(diǎn)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(jī)電解質(zhì)電化學(xué)窗口有限，難以兼容金屬鋰負(fù)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(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)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(dá)300-400Wh/kg。
3）循環(huán)性能增強(qiáng)：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(kuò)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(jì)彈性大等特點(diǎn)，固態(tài)電池既可以設(shè)計(jì)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。
