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一文看懂固态电池的发展现状

来源:采集侠  发表时间:2018-02-22 06:01  点击次数:


“如果能量密度进一步提高,大于500瓦时/公斤的话,从现在开始就要考虑固态锂电池,以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究”,中国工程院院士陈立泉在谈到电池的未来发展时表示。电动汽车产业中长期发展需要进行技术储备,固态电池有望成为我国下一代车用动力电池的重要技术路线。

一文看懂固态电池的发展现状

未来的技术路线为何会是固态电池?

当今占据技术主流的是锂离子电池,但是从长期来看,固态电池或许更能满足人们对高能量和高安全性的现实需求。

工作原理上,固态锂电池和传统的锂电池并无区别。传统的液态锂电池被称为“摇椅式电池”,摇椅的两端为电池的正负两极,中间为液态电解质。锂离子像一个运动员,在摇椅两端来回奔跑,锂离子从正极到负极再到正极的运动过程中,电池的充放电过程就完成了。而固态电池只不过其电解质为固态,具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。

固态电池有很多优势,发展前景值得期待。其中,两个最明显的优势就是能量密度更高,运行更安全。使用了全固态电解质后,锂离子电池可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以大大减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。现在许多实验室中,都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池。固态电池在大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路,不会在高温下发生副反应,不会因产生气体而发生燃烧,因此,安全性被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

然而,固态电池也有缺点。固态电解质电导率总体偏低导致了其倍率性能整体偏低,内阻较大,充电速度慢,且成本总体偏高,现在的固态电池如果要和普通锂离子电池在传统市场上竞争,并没有太大的优势。因此,发挥固态电池本身高安全性、高温稳定性、可能达到的柔性等其它多功能特性,与传统锂离子电池在差异化的市场中进行竞争,可能是固态电池近期内比较有希望的市场突破方向。

固态电池的研发现状

在材料方面,中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学院上海硅酸盐研究所为代表的团队,已经开发了一系列的氧化物和硫化物的粉体、陶瓷片等,已经开始对社会提供样品和供货。

中科院化学研究所在双功能聚合物电解质相关研究中,成功开发出新型双功能聚合物电解质,并实现紫外光固化技术制备,其实现的高室温离子电导率和机械强度,可用于室温固态金属锂电池。

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