分析固態(tài)鋰電池和液態(tài)鋰電池的定義
來源:寶鄂實(shí)業(yè)
2019-09-03 10:34
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現(xiàn)在社會(huì)上針對(duì)鋰電池的聲音很多,其實(shí)從我們的理解來看,到現(xiàn)在為止除了在法國(guó)巴黎街都基于PEO體系的磷酸鐵鋰固態(tài)電池有量產(chǎn)以外,剩下沒有安時(shí)級(jí)的純固態(tài)電池,現(xiàn)在看大家對(duì)這個(gè)定義我們還是需要進(jìn)行一個(gè)明確,這里頭第一個(gè)叫液態(tài)鋰蓄電池或者液態(tài)鋰電池,第二個(gè)叫混合固液電解質(zhì)鋰蓄電池,第三個(gè)叫半固態(tài)鋰電池,第四個(gè)是全固態(tài)鋰電池。第一個(gè)針對(duì)液態(tài)鋰電池這一塊,電解液中只含有液體電解質(zhì)的這種鋰蓄電池,單純從電解液角度考慮?;旌瞎桃菏请姵刂型瑫r(shí)含有液體和固體電解質(zhì)的鋰蓄電池。半固態(tài)就是電池中任一側(cè)電極只要不含電解液我們就認(rèn)為是半固態(tài)鋰電池。最后是全固態(tài)鋰電池,就是電池單體里頭沒有液體,這就叫全固態(tài)鋰電池。所以現(xiàn)在針對(duì)電池里頭,比如說我用PEDF做成一種凝膠的,或者比如我用某一種高分子材料做成的叫不叫固態(tài)鋰電池,從我們的定義里頭似乎不叫,當(dāng)然不同的人叫不一樣,他可能也出一個(gè)定義的標(biāo)準(zhǔn),這個(gè)我們就不說了。
針對(duì)電池的分類里頭,我們從這一頁來看,液態(tài)電池、混合固液電池和全固態(tài)電池里頭有不同的定義,前面也簡(jiǎn)單講了,這里頭針對(duì)這個(gè)體系做了一個(gè)更明確的細(xì)分。液態(tài)電池和固態(tài)電池的優(yōu)劣勢(shì)對(duì)比到底有哪些呢?第一個(gè),就是在濫用條件下容不容易著火、容不容易爆炸的情況,從目前來看,我們初步的判斷,全固態(tài)電池不可燃燒、不會(huì)爆炸、沒有泄露、沒有腐蝕分子,這只是我們的判斷,真正的數(shù)據(jù)還會(huì)需要實(shí)際測(cè)試電池的數(shù)據(jù),因?yàn)槔镱^沒有液體了,沒有體積急劇膨脹的材料了,所以我們認(rèn)為它應(yīng)該不會(huì)爆炸,可燃物基于負(fù)極金屬鋰,我們最近跟軍隊(duì)在做一個(gè)項(xiàng)目,在軍隊(duì)這一塊希望我們的電池在海水浸泡條件下做針刺會(huì)不會(huì)著火,這個(gè)我覺得現(xiàn)在我不敢說,有可能會(huì)著火,所以針對(duì)在耐用條件下會(huì)不會(huì)著火,外部這些條件其實(shí)影響因素很大,這是第一個(gè)。第二個(gè)就是腐蝕、界面反應(yīng)問題和高溫壽命的問題,前面大家一直在說針對(duì)整個(gè)的電池系統(tǒng)需不需要做熱管理,王博士也一直在講如果我們做自然冷卻可不可以,現(xiàn)在的這個(gè)電池體系如果它比如說冗余度做得足夠好的話我覺得是可以的,但是賭博固態(tài)電池來說可能更好。對(duì)于固態(tài)電池,現(xiàn)在的從高溫到低溫基本上是線性的,所以溫度低,它的離子電導(dǎo)率會(huì)低,溫度低了以后離子電導(dǎo)率會(huì)高。所以從固態(tài)電池本身來考慮的話,我們認(rèn)為高溫條件下它的工作可能會(huì)更好,從整個(gè)電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)來看,我們可能可以不再做冷卻系統(tǒng),但是加熱系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)我們可能還是要的。第三個(gè)就是針對(duì)氣脹變形、壽命短,原材料純度要求高。電池充放過程中只有鋰離子在跑,其他的都不跑,所以對(duì)材料的純度要求可以相對(duì)降低。制造成本和工藝復(fù)雜性這一塊,這個(gè)我覺得現(xiàn)在還不好說,目前來看,從我們整個(gè)的項(xiàng)目推進(jìn)角度來看的話,我們想著盡可能能兼容現(xiàn)有的設(shè)備,制造成本盡可能降低,能量密度這一塊,液態(tài)電池大家都認(rèn)為天花板在350Wh/Kg左右,或者350Wh/Kg以下,對(duì)于固態(tài)電池可能可以做得更高,并且我們預(yù)期有可能能做到500Wh/Kg左右,當(dāng)然也是從下面一步步往上做。下面主要是針對(duì)缺陷,就是提升大規(guī)模應(yīng)用、材料體系的發(fā)展、安全性的提高、成本具有顯著優(yōu)勢(shì)等等這些,固態(tài)電池其實(shí)現(xiàn)在在倍率性、在低溫條件下,續(xù)航性都做得不夠好。
我們簡(jiǎn)單歸納總結(jié)一下,液態(tài)電池和固態(tài)電池的區(qū)別,固態(tài)電池可以使用金屬鋰作為負(fù)極,固態(tài)電池有望達(dá)到更高的能量密度,有望做得更安全(沒有熱失控),可以做到更低的成本,可以做到更長(zhǎng)的壽命,現(xiàn)在針對(duì)國(guó)家儲(chǔ)能這一塊,對(duì)于固態(tài)電池的要求,它的循環(huán)壽命是一萬次以上,壽命要求20年以上,這個(gè)要求還是非常高的。針對(duì)固態(tài)電池這一塊,這是液態(tài)電池,它是基于內(nèi)部并聯(lián)結(jié)構(gòu),它可能會(huì)做一些調(diào)整,現(xiàn)在希望做成這樣,因?yàn)楣虘B(tài)電池本身里面有鋰離子在跑,其他的都不跑,所以我們把中間的集流體做成高分子的集流體,就是我只要電子能導(dǎo)電,離子不導(dǎo)電就行。正極的活性材料可以走到這一邊,負(fù)極的活性材料可以到這邊,這樣我可以做成一個(gè)電池內(nèi)部串聯(lián)的結(jié)構(gòu),單體電池的電壓有望可以達(dá)到60V,為什么說是60V?因?yàn)?0V是直流的最高的安全電壓,這樣我可以把銅箔比較沉的取消掉,鋁箔比較高的取消掉,能量密度還可以提高,體積比能量還可以再提高。
這是針對(duì)能量密度這一塊,重量比能量這一塊也可以看一下,目前流行的是這些,大家看一下,LLZO材料密度是5.07,最輕的是PEO-LITFSI,它的密度是0.93,電解液大概是在1到1.2,也就是說如果我單純地把電解液換成電解質(zhì),固態(tài)電池的能量密度一定是降低的,大家可以看一看,如果我把電解液替換成電解質(zhì),基于現(xiàn)在的電池能量密度可以看一看,液態(tài)電池如果做到300、297,用LLZO是186,用LAGP是216,最高的是用聚合物,可以做到301,這是做整體的對(duì)比,有關(guān)電解液的不同,采用同樣固態(tài)電解質(zhì)的電芯質(zhì)量能量密度將降低。固態(tài)電解質(zhì)不具流動(dòng)性體積占比一半高于液態(tài),導(dǎo)致體積能量密度進(jìn)一步降低。能量密度非對(duì)等對(duì)比,鋰對(duì)固態(tài)電解質(zhì),對(duì)NCM,對(duì)歸硅,液態(tài)電解質(zhì)對(duì)NCM這種體系的話我們認(rèn)為有可能做得高,也就是說如果做成全固態(tài)的,所以負(fù)極一定要改。第二個(gè)對(duì)于正極這一塊,如果我還用現(xiàn)在的材料,我叫它固態(tài)電解質(zhì)是沒有優(yōu)勢(shì)的,所以我要往高電壓走,這是固態(tài)電池大概的方向。
















