鋰電池優(yōu)點(diǎn)：相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)鋰電池具有什么優(yōu)點(diǎn)？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-03-25 16:14
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坦普爾稱，他們?cè)O(shè)計(jì)的固態(tài)電池主要是基于材料的最佳組合，這項(xiàng)設(shè)計(jì)證明固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)高充電率和快速充電是完全可行的，并因此獲得了專利。
參與項(xiàng)目的中國(guó)學(xué)者石城宇博士介紹說：“在最初的測(cè)試中，新電池的充放電循環(huán)相當(dāng)穩(wěn)定，經(jīng)過500次充放電仍能保持原始容量的84%。當(dāng)然，新電池還有改進(jìn)空間，理論上做到低于1%的損耗也是可行的。”
尤利希能源和氣候研究所所長(zhǎng)艾歇爾教授表示：“新電池目前能量密度為每克約120毫安小時(shí)，已經(jīng)非常高了，即使它們?nèi)陨缘陀诋?dāng)今市場(chǎng)上的鋰離子電池。”
該固態(tài)電池除了可用于開發(fā)電動(dòng)汽車，還能應(yīng)用到航空航天、智能住宅和醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域。
固態(tài)鋰電池的優(yōu)勢(shì)及目前存在的技術(shù)缺陷
相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)鋰電池具有顯著優(yōu)點(diǎn)：
(1)高安全性能：傳統(tǒng)鋰離子電池采用有機(jī)液體電解液，在過度充電、內(nèi)部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴(yán)重的安全隱患。而很多無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，聚合物固體電解質(zhì)相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅提高。
(2)高能量密度：固態(tài)鋰電池負(fù)極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達(dá)到300～400Wh/kg甚至更高;其電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)5V以上，可匹配高電壓電極材料，進(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度;沒有液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，減輕電池重量，壓縮電池內(nèi)部空間，提高體積能量密度;安全性提高，電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊得到簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)能量密度。
(3)循環(huán)壽命長(zhǎng)：有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長(zhǎng)SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。
(4)工作溫度范圍寬：固態(tài)鋰電池針刺和高溫穩(wěn)定性極好，如全部采用無機(jī)固體電解質(zhì)，最高操作溫度有望達(dá)到300℃，從而避免正負(fù)極材料在高溫下與電解液反應(yīng)可能導(dǎo)致的熱失控。
(5)生產(chǎn)效率提高：無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機(jī)構(gòu)，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。
(6)具備柔性優(yōu)勢(shì)：全固態(tài)鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相對(duì)于柔性液態(tài)電解質(zhì)鋰電池，封裝更為容易、安全，未來可應(yīng)用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設(shè)備等。
盡管全固態(tài)鋰電池在多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也有一些迫切需要解決的問題：
對(duì)于全固態(tài)電池的研發(fā)來說，解決上述問題的核心在于固態(tài)電解質(zhì)材料發(fā)展以及界面性能的調(diào)控與優(yōu)化。
參與項(xiàng)目的中國(guó)學(xué)者石城宇博士介紹說：“在最初的測(cè)試中，新電池的充放電循環(huán)相當(dāng)穩(wěn)定，經(jīng)過500次充放電仍能保持原始容量的84%。當(dāng)然，新電池還有改進(jìn)空間，理論上做到低于1%的損耗也是可行的。”
尤利希能源和氣候研究所所長(zhǎng)艾歇爾教授表示：“新電池目前能量密度為每克約120毫安小時(shí)，已經(jīng)非常高了，即使它們?nèi)陨缘陀诋?dāng)今市場(chǎng)上的鋰離子電池。”
該固態(tài)電池除了可用于開發(fā)電動(dòng)汽車，還能應(yīng)用到航空航天、智能住宅和醫(yī)療器械等眾多領(lǐng)域。
固態(tài)鋰電池的優(yōu)勢(shì)及目前存在的技術(shù)缺陷
相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池，固態(tài)鋰電池具有顯著優(yōu)點(diǎn)：
(1)高安全性能：傳統(tǒng)鋰離子電池采用有機(jī)液體電解液，在過度充電、內(nèi)部短路等異常的情況下，電池容易發(fā)熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴(yán)重的安全隱患。而很多無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，聚合物固體電解質(zhì)相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅提高。
(2)高能量密度：固態(tài)鋰電池負(fù)極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達(dá)到300～400Wh/kg甚至更高;其電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達(dá)5V以上，可匹配高電壓電極材料，進(jìn)一步提升質(zhì)量能量密度;沒有液態(tài)電解質(zhì)和隔膜，減輕電池重量，壓縮電池內(nèi)部空間，提高體積能量密度;安全性提高，電池外殼及冷卻系統(tǒng)模塊得到簡(jiǎn)化，提高系統(tǒng)能量密度。
(3)循環(huán)壽命長(zhǎng)：有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長(zhǎng)SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。
(4)工作溫度范圍寬：固態(tài)鋰電池針刺和高溫穩(wěn)定性極好，如全部采用無機(jī)固體電解質(zhì)，最高操作溫度有望達(dá)到300℃，從而避免正負(fù)極材料在高溫下與電解液反應(yīng)可能導(dǎo)致的熱失控。
(5)生產(chǎn)效率提高：無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機(jī)構(gòu)，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。
(6)具備柔性優(yōu)勢(shì)：全固態(tài)鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相對(duì)于柔性液態(tài)電解質(zhì)鋰電池，封裝更為容易、安全，未來可應(yīng)用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設(shè)備等。
盡管全固態(tài)鋰電池在多方面表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也有一些迫切需要解決的問題：
對(duì)于全固態(tài)電池的研發(fā)來說，解決上述問題的核心在于固態(tài)電解質(zhì)材料發(fā)展以及界面性能的調(diào)控與優(yōu)化。
