像薄膜一樣的固態(tài)電池續(xù)航超1000km不自燃是真的嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-07-19 22:01
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固態(tài)電池前景不錯(cuò)，但它對(duì)于我們來說卻還很陌生。
傳統(tǒng)鋰電池，是由正極、隔膜、負(fù)極，再灌上電解液制造而成；固態(tài)鋰電池，顧名思義就是由固態(tài)電解質(zhì)代替隔膜和電解液。
這對(duì)于電池提升有多大，形象的來說，使用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池相比傳統(tǒng)鋰電池，堪比固態(tài)硬盤對(duì)機(jī)械硬盤的性能提升。
高能量密度
固態(tài)電解質(zhì)是制造固態(tài)電池的關(guān)鍵所在，使用全固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系也會(huì)發(fā)生改變。
其中最關(guān)鍵的就是可以不用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來做負(fù)極，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，金屬鋰具有高達(dá)3860 mA·h/g 的理論比容量及3.04 V的超負(fù)電極電勢(shì)，是高比能電池的理想負(fù)極。當(dāng)三元鋰電池能量密度在300Wh/kg掙扎時(shí)，固態(tài)電池的能量密度能夠輕松突破400Wh/kg。
也許有人會(huì)問，為什么現(xiàn)在的鋰電池不用金屬鋰作負(fù)極？
傳統(tǒng)鋰電池如果采用金屬鋰當(dāng)負(fù)極，金屬鋰在反復(fù)充放電過程中會(huì)出現(xiàn)粉化、枝晶生長(zhǎng)等問題，導(dǎo)致其循環(huán)性極差；更為致命的是，鋰枝晶生長(zhǎng)造成電池短路還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。
所以傳統(tǒng)鋰電池采用低容量，不容易讓鋰離子生根發(fā)芽的石墨作為負(fù)極。
可以想象，如果電解液變成固態(tài)電解質(zhì)，金屬鋰在反復(fù)充放電過程中就不具備生長(zhǎng)空間，問題完美解決。
要從根本上提升能量密度，除了改變負(fù)極材料，正極材料同樣需要改變。
電解質(zhì)相對(duì)于電解液來說電化學(xué)窗口會(huì)更寬，說人話就是在更廣的電壓范圍內(nèi)，電解質(zhì)不會(huì)參與化學(xué)反應(yīng)，老老實(shí)實(shí)讓鋰離子通過。
那就可以選擇容量更大的正極材料，提高比能量；也可以選擇電壓差更高的的正負(fù)極材料，都可以達(dá)到提升能量密度的目的。
安全性更有保障
傳統(tǒng)鋰電池，如果遭到破壞或是隔膜質(zhì)量不佳、過度充電等原因，會(huì)導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸，短路后能量瞬間釋放，瞬間就會(huì)起火。
而固態(tài)電解質(zhì)，不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、也不存在漏液?jiǎn)栴}，傳統(tǒng)鋰電面臨的各種安全問題，固態(tài)鋰電都不存在。
就算把固態(tài)電池捅個(gè)千瘡百孔，它仍然可以工作。
可以實(shí)現(xiàn)薄膜柔性化
傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而如果把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代，正負(fù)極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個(gè)微米，這樣電池的厚度就能大大地降低。
這樣一來制備成薄膜電池和柔性電池，未來就可以應(yīng)用在智能穿戴和可植入式醫(yī)療設(shè)備中，所以要想實(shí)現(xiàn)電池的柔性化和薄膜化，全固態(tài)電池技術(shù)是必經(jīng)之路
優(yōu)點(diǎn)一籮筐
固態(tài)電池的優(yōu)點(diǎn)可以說是一籮筐，首先它的循環(huán)壽命會(huì)更長(zhǎng)，固體電解質(zhì)可以避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長(zhǎng)鋰枝晶刺穿隔膜問題，可以大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。
電池回收方面也簡(jiǎn)單的多，其本身沒有液體，沒有廢液，處理起來也會(huì)更簡(jiǎn)單。此外充電速度方面也存在一定優(yōu)勢(shì)。
什么時(shí)候才能量產(chǎn)？
固態(tài)電池的出現(xiàn)可以說有點(diǎn)顛覆，但是需要解決的問題還有不少。
一是電導(dǎo)率偏低問題；二是界面阻抗和穩(wěn)定性問題。
所謂電導(dǎo)率偏低，即電子通過的效率低；界面阻抗大、界面分離，就是正負(fù)極與隔膜的連接處存在電阻大，接觸不良的問題。
解決辦法是找到一種合適的電解質(zhì)，讓它的結(jié)構(gòu)能達(dá)到既讓鋰離子順暢通過，又能解決接觸的問題。
目前有三種主流固態(tài)電解質(zhì)，聚合物、氧化物、硫化物。
聚合物電解質(zhì)
法國(guó)的Bolloré公司已經(jīng)成功開發(fā)出聚合物電解質(zhì)，它的負(fù)極采用金屬鋰，而且已經(jīng)在公交、共享汽車上開始應(yīng)用。
但缺點(diǎn)也很明顯，使用前需將電池加熱至60°C以上，才能維持固態(tài)電池內(nèi)的導(dǎo)電能力。
氧化物電解質(zhì)
氧化物電解質(zhì)最大的問題是電導(dǎo)率一般比電解液還要低很多。
這條技術(shù)路線代表企業(yè)是美國(guó)的Sakti3，它的試驗(yàn)性產(chǎn)品也是采用的金屬鋰負(fù)極。
目前這家公司已經(jīng)被戴森公司收購(gòu)，可以看出這類電池主要適用于對(duì)電容量要求較小，但對(duì)安全和逼格要求頗高的消費(fèi)電子產(chǎn)品。
硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)是大多數(shù)亞洲企業(yè)選擇的路線，也代表了未來固態(tài)鋰電的方向。
硫化物的各項(xiàng)參數(shù)相當(dāng)不錯(cuò)，尤其是電導(dǎo)率較高，接近電解質(zhì)，而且界面較為穩(wěn)定。
這條技術(shù)路線執(zhí)行最為徹底，也較為典型的當(dāng)屬豐田，起步早，專利積累多。
不過豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰離子電池，幾個(gè)字的差別卻大不相同。
它采用的是石墨類負(fù)極、硫化物電解質(zhì)與高電壓正極的組合的方式，正負(fù)極并沒有大幅變動(dòng)，只是將隔膜和電解液換成電解質(zhì)。
