全固态电池能够引领动力电池的未来吗?

diandong

根据国家规划,2020年电芯能量密度达到350Wh/Kg,2025年电芯能量密度达到400Wh/Kg,2030年电芯能量密度达到500Wh/Kg。目前锂离子电池比能量密度低于300 Wh/kg,如何使电池能量密度从 200 Wh/kg 提高到 500 Wh/kg 以上?传统锂电池电解液在高温下发生燃烧或者爆炸,如何避免这种危险发生?今天给大家介绍一种解决以上问题的方案——全固态电池。

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全固态锂电池工作原理与液态电解质锂离子电池的原理相通:

1. 充电过程:正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌,通过固体电解质向负极迁移,电子通过外电路向负极迁移,两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中

2. 放电过程:与充电过程恰好相反,此时电子通过外电路驱动电子器件。

固体电解质除了传导锂离子,也充当了隔膜的角色,电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用,大大简化了电池的构建步骤。

全固态电池按电解质分类:

1. 无机全固态锂电池-无机固体电解质组成的锂离子电池

2. 聚合物全固态锂电池-以有机聚合物电解质组成的锂离子电池

全固态电池的优势:

1. 最大优势是安全耐用。内部无液体,无流动性,电池可承受穿钉、切开、剪开、折弯。发生危险后,无强燃烧性,不易发生爆炸。

2. 长寿命:充放电次数长达40000-100000次

3. 能量密度高:质量能量密度高,相同体积的电池重量更轻;体积能量密度高,相同质量的电池体积更小。

4. 耐高电压:不会出现传统有机电解液高电压下电解液分解现象。

此外,全固态电池将突破现有锂电池的生产方式:不必封入液体,可以简化电池外装,从而能以卷对卷方式制造大面积的电池单元。可将多个电极层叠,并在电池单元内串联,制造出12V或24V的大电压电池单元。

全固态电池也有一些需要解决的问题:

1. 固体电解质材料导电率低 ( <10-3S/cm),内阻较大,高倍率放电时压降较大,近期难以解决电池快充问题,低温性能有待进一步提高。固态电解质的电导率随着温度上升也会有明显的提高,因此全固态电池高温工作性能好。

2. 固态电解质/电极间界面阻抗大,界面相容性较差,界面锂离子电导率较低,固态电解质在充放电过程中体积膨胀和收缩,导致界面容易分离。

3. 有待设计和构建与固态电解质相匹配的电极,研究和开发出适合于固态电解质的锂离子电池体系。

4. 目前无机体系的固态电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备,生产(沉积薄膜)速度慢,成本昂贵,单体电池容量小,只适合做小型电子器件用的电池。

随着动力电池技术的飞速发展,这些问题的解决只是时间问题。预计全固态电池车辆大概在2019年在中国出现,全固态电池产业化是必然趋势,也是未来电动汽车革命性变革的重要因数。目前世界各国竞相推动全固态电池产业化。这将是未来动力电池产业竞争最激烈的领域。

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