全固態(tài)鋰電池具備哪些優(yōu)勢？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-10-14 19:20
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傳統(tǒng)的鋰離子電池使用有機(jī)液體電解質(zhì)。在過度充電和內(nèi)部短路的異常情況下，電池容易發(fā)熱，導(dǎo)致電解液膨脹、分解、自燃甚至爆炸。存在嚴(yán)重的安全隱患。這也是目前三元材料的一個短板。以固體電解液為基礎(chǔ)的固態(tài)鋰電池，采用固體電解液，不含易燃、易揮發(fā)成分，完全消除了電池因泄漏而產(chǎn)生的煙霧和火災(zāi)等安全隱患，被稱為最安全的電池系統(tǒng)。
在能源密度方面，中國、美國和日本政府希望在2020年開發(fā)400-500wh/kg的原型裝置，并在2025-2030年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。根據(jù)目前材料系統(tǒng)的發(fā)展路線，最有可能的是采用金屬鋰陽極。傳統(tǒng)液態(tài)鋰離子電池存在枝晶、粉化、sei不穩(wěn)定、表面副反應(yīng)多等技術(shù)問題。固體電解質(zhì)與金屬鋰的相容性使鋰作為陽極成為可能，從而顯著提高了能量密度。
從時間節(jié)點(diǎn)上看，全固態(tài)鋰金屬電池比液態(tài)鋰離子電池要早，但在早期，全固態(tài)鋰金屬電池的電化學(xué)性能、安全性和工程制造已經(jīng)不能滿足應(yīng)用要求。通過不斷的改進(jìn)，液態(tài)鋰離子電池的綜合技術(shù)指標(biāo)逐漸滿足了消費(fèi)電子市場的應(yīng)用需求，并被越來越多的市場所接受。從技術(shù)發(fā)展趨勢來看，與液態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰金屬電池具有安全性能好、能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。
2.全固態(tài)鋰二次電池的可能優(yōu)勢
與液態(tài)鋰離子電池相比，全固態(tài)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)包括：
（1）安全性能高
由于液體電解液中含有易燃的有機(jī)溶劑，內(nèi)部短路時溫度突然升高容易引起燃燒甚至爆炸，因此需要安裝防溫、防短路的安全裝置結(jié)構(gòu)，增加成本。但仍然不能完全解決安全問題。號稱BMS是世界上最好的特斯拉，僅今年一年就在中國發(fā)生了S型車的嚴(yán)重火災(zāi)。
許多無機(jī)固體電解質(zhì)材料具有不可燃、不腐蝕、不揮發(fā)、無泄漏等特點(diǎn)。它們也有望克服鋰枝晶現(xiàn)象。因此，基于無機(jī)固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰二次電池有望具有較高的安全性。但是，與含有易燃溶劑的液體電解質(zhì)電池相比，聚合物固體電解質(zhì)電池的安全性也有了很大的提高。
（2）高能量密度
目前市場上鋰離子電池的最高能量密度約為300wh/kg。對于所有固態(tài)鋰電池，如果采用金屬鋰作為負(fù)極，電池的能量密度有望達(dá)到300-400wh/kg，甚至更高。需要注意的是，由于固體電解質(zhì)的密度高于液體電解質(zhì)，在相同的正負(fù)材料體系中，液體電解質(zhì)的能量密度明顯高于全固態(tài)鋰電池。全固態(tài)鋰二次電池能量密度高的原因是負(fù)極材料可能是金屬鋰。
（3）循環(huán)壽命長
固體電解液有望避免充放電過程中液體電解液的連續(xù)形成和生長問題，以及固體電解液邊界膜和鋰枝晶穿透隔膜的問題，這將大大提高鋰離子電池的循環(huán)和使用壽命。
（4）工作溫度范圍寬
如果所有固態(tài)鋰電池采用無機(jī)固體電解質(zhì)，則最高工作溫度有望升至300℃或更高。目前，大容量固態(tài)鋰電池的低溫性能有待提高。特定電池的工作溫度范圍主要與電解液的高低溫特性和界面電阻有關(guān)。
(5) 電化學(xué)窗口寬
全固態(tài)鋰電池的電化學(xué)穩(wěn)定窗口寬，有可能達(dá)到5V，適應(yīng)于高電壓型電極材料，有利于進(jìn)一步提高能量密度。目前主流的三元電池在4.2V-4.5V之間。
(6) 具備柔性優(yōu)勢
全固態(tài)鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，未來可應(yīng)用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設(shè)備等。相對于柔性液態(tài)電解質(zhì)鋰電池，封裝更為容易、安全。
