電池為了實現(xiàn)更高的能量密度必須采用鋰金屬作為電池正極嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-24 22:37
點擊量：次
兼容金屬鋰負極，提升能量密度上限
高容量與高電壓的特性，讓金屬鋰成為繼石墨與硅負極之后的“最終負極”。為了實現(xiàn)更高的能量密度目標(biāo)，以金屬鋰為負極的電池體系已成為必然選擇。因為：（1）鋰金屬的克容量為3860mAh/g，約為石墨（372mAh/g）的10倍，（2）金屬鋰是自然界電化學(xué)勢最低的材料，為-3.04V。同時其本身就是鋰源，正極材料選擇面更寬，可以是含鋰或不含鋰的嵌入化合物，也可以是硫或硫化物甚至空氣，分別對應(yīng)能量密度更高的鋰硫和鋰空電池，理論能量密度接近當(dāng)前電池的10倍。
鋰金屬負極在當(dāng)前傳統(tǒng)液態(tài)電池體系難以實現(xiàn)。鋰金屬電池的研究最早可追溯到上世紀(jì)60年代，并在20世紀(jì)70年代已成功開發(fā)應(yīng)用于一次電池。而在可充放電池領(lǐng)域，金屬鋰負極在液態(tài)電池中存在一系列技術(shù)問題至今仍缺乏有效的解決方法，比如金屬鋰與液態(tài)電解質(zhì)界面副反應(yīng)多、SEI膜分布不均勻且不穩(wěn)定導(dǎo)致循環(huán)壽命差，金屬鋰的不均勻沉積和溶解導(dǎo)致鋰枝晶和孔洞的不均勻形成。
固態(tài)電解質(zhì)在解決鋰金屬負極應(yīng)用問題上被科學(xué)界寄予厚望。研究者把解決金屬鋰負極的應(yīng)用問題寄希望于固態(tài)電解質(zhì)的使用，主要思路是避免液體電解質(zhì)中持續(xù)發(fā)生的副反應(yīng)，同時利用固體電解質(zhì)的力學(xué)與電學(xué)特性抑制鋰枝晶的形成。此外，由于固態(tài)電解質(zhì)將正極與負極材料隔離開，不會產(chǎn)生鋰枝晶刺破隔膜的短路效應(yīng)?？偠灾虘B(tài)電解質(zhì)對于鋰金屬負極擁有更好的兼容性，鋰金屬材料將在固態(tài)電池平臺上率先應(yīng)用。
減輕系統(tǒng)重量，能量密度進一步提升
固態(tài)電池系統(tǒng)重量減少進一步提升能量密度。動力電池系統(tǒng)需要先生產(chǎn)單體，單體封裝完成后將單體之間進行串聯(lián)組裝。若先在單體內(nèi)部進行串聯(lián)，則會導(dǎo)致正負極短路與自放電。固態(tài)電池電芯內(nèi)部不含液體，可實現(xiàn)先串并聯(lián)后組裝，減少了組裝殼體用料，PACK設(shè)計大幅簡化。此外，由于徹底的安全特性，BMS等溫控組件將得以省去，并可通過無隔膜設(shè)計進一步為電池系統(tǒng)“減負”。
固態(tài)電池是最有希望率先產(chǎn)業(yè)化的下一代電池技術(shù)
固態(tài)電池體系革命更小。鋰硫電池、鋰空氣等體系需更換整個電池結(jié)構(gòu)框架，難題更多也更大，而固態(tài)電池主要在于電解液的革新，正極與負極可繼續(xù)沿用當(dāng)前體系，實現(xiàn)難度相對小。
鋰金屬負極兼容，通過固態(tài)電解質(zhì)實現(xiàn)。鋰硫、鋰空氣均需采用鋰金屬負極，而鋰金屬負極更易在固態(tài)電解質(zhì)平臺實現(xiàn)。
固態(tài)電池作為距離我們最近的下一代電池技術(shù)已成為科學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的共識，是后鋰電時代的必經(jīng)之路。
