你知道固態(tài)鋰電池的主要優(yōu)勢(shì)有哪些嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-02 08:10
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固態(tài)鋰電池可從根本上解決液態(tài)的安全隱患。全固態(tài)鋰電池采用固體電解質(zhì)，固體電解質(zhì)一般由有機(jī)、無(wú)機(jī)化合物合成，熔點(diǎn)、沸點(diǎn)均較高，大部分材料不可燃，不含有任何低閃點(diǎn)、易燃易爆的有機(jī)溶劑，解決了電解液的易燃性。
同時(shí)，固體電解質(zhì)薄膜致密無(wú)孔，機(jī)械強(qiáng)度較高，有效抑制負(fù)極鋰枝晶刺穿造成短路的問題。在熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性方面也比電解液更好，能夠承受住實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的極端情況，比如碰撞、擠壓等，極大的提升了鋰電池的安全性能。
能量密度高:可采用金屬鋰做負(fù)極，有望提升40%-50%能量密度
金屬鋰比容量高，接近石墨負(fù)極的10倍。鋰金屬具備極高的容量，理論值達(dá)到3860mAh/g;石墨的理論容量只有372mAh/g，目前能實(shí)現(xiàn)的可逆容量有365mAh/g，高容量的硅基負(fù)極材料容量能達(dá)到1000-1500mAh/g，但在脫嵌過程中會(huì)發(fā)生較大的體積膨脹和收縮，實(shí)際中很難有效發(fā)揮出來，僅能達(dá)到420-450mAh/g。金屬鋰即使只發(fā)揮出50%的有效容量，也遠(yuǎn)高于石墨和硅基負(fù)極。雖然真正決定電池容量的材料是正極，但負(fù)極容量越高，越可以有效減少單位Wh負(fù)極材料的使用量，提升體積和質(zhì)量能量密度。
金屬鋰負(fù)極不適用于液態(tài)鋰電池。金屬鋰本身可以充當(dāng)“鋰源”，是非常理想的負(fù)極材料。最早在20世紀(jì)60至70年代，學(xué)術(shù)界便開始研究金屬鋰做負(fù)極的鋰電池。但由于采用電解液，存在較大問題難以解決，即循環(huán)過程中會(huì)形成鋰枝晶，刺穿隔膜導(dǎo)致短路，同時(shí)鋰枝晶與電解液反應(yīng)，循環(huán)壽命衰減嚴(yán)重，導(dǎo)致學(xué)術(shù)界轉(zhuǎn)而研究比容量更低的碳作為嵌鋰的負(fù)極材料。
固態(tài)鋰電池可以使用金屬鋰作負(fù)極，相同正極體系下能量密度有望提升50%以上。在使用固體電解質(zhì)的同時(shí)，可以采用目前的正負(fù)極材料體系，由于固體電解質(zhì)較高的機(jī)械強(qiáng)度和韌性，以及致密的薄膜結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以直接采用金屬鋰做負(fù)極，有效防止電解液對(duì)金屬鋰的腐蝕，鋰枝晶刺穿隔膜導(dǎo)致短路的問題，有望在當(dāng)前正極材料體系下，進(jìn)一步提升電芯能量密度。
固態(tài)鋰電池提升電池PACK能量密度，降低電池成本。傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池由于內(nèi)部含有流動(dòng)的電解液，在電芯生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，需要將多個(gè)正極/隔膜/負(fù)極片并聯(lián)后，注入電解液，封裝，焊接集流體接頭。下一步電池PACK生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，再將已封裝好的多個(gè)電芯串聯(lián)，同時(shí)由于高溫下易燃易爆的電解液存在，需要額外添加冷卻系統(tǒng)。
全固態(tài)鋰電池制備過程中，由于不存在流動(dòng)的電解液，電芯生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，可以多層正極/固體電解質(zhì)/負(fù)極材料致密堆積，串聯(lián)疊加之后再封裝焊接，節(jié)省電池內(nèi)部空間，提高單體電芯的電壓和能量密度。在電池PACK生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，將單體電芯外部并聯(lián)。由于固體電解質(zhì)熱穩(wěn)定性較高，甚至在高溫下電導(dǎo)率更優(yōu)異，因此不需要額外添加冷卻系統(tǒng)，在能量密度和成本上都具備一定的優(yōu)勢(shì)。
