趨勢:固態(tài)鋰電池 會是下一個風口嗎?
2018年08月16日 8:12 4310次瀏覽 來源: 網易 分類: 鋰 作者: 凌波
開發(fā)背景
鋰電安全一直都是行業(yè)關心的問題。由于應用端及政策層面對能量密度的要求不斷提升,三元電池成為主流技術路線的趨勢已不可逆轉。但時至今日,困擾三元電池的安全性仍然沒有得到很好的解決,就連號稱BMS做到全球最好的特斯拉,也是安全事故不斷,2017年僅國內就有兩輛Model S發(fā)生嚴重起火事件,三元電池的安全性仍然受到大家的質疑。
隨著新能源汽車的發(fā)展,高能量密度、高安全性電池成為市場的必爭目標。有專家認為,利用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)電解質是從本質上提升鋰電池安全性的必由之路。
全固態(tài)鋰離子電池采用固態(tài)電解質替代傳統(tǒng)有機液態(tài)電解液,有望從根本主解決電池安全性問題,是電動汽車和規(guī)?;瘍δ芾硐氲幕瘜W電源。全固態(tài)鋰離子電池的結構包括正極、電解質、負極,全部由固態(tài)材料組成。
與傳統(tǒng)電解液鋰離子電池相比具有的優(yōu)勢
完全消除了電解液腐蝕和泄露的安全隱患,熱穩(wěn)定性更高。由于液態(tài)電解質中含有易燃的有機溶液,發(fā)生短路溫度驟升時容易發(fā)生燃燒和爆炸,需要安裝抗溫升和防短路的安全裝置結構。而固態(tài)電解質不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題,也克服了鋰枝晶現象,因而全固態(tài)電池具有極高安全性。
不必封裝液體,支持串行疊加排列和雙極結構,提高生產效率;
由于固體電解質的固態(tài)特性,可以疊加多個電極;
電化學穩(wěn)定窗口寬(可達5V以上) ,可以匹配高電壓電極材料:
固體電解質一般是單離子導體,幾乎不存在副反應,使用壽命更長。
相對較輕。相比液態(tài)電池,相同容量的電池組,固態(tài)電解質電池相對較輕。比如特斯拉-松下生產的三元鋰電池組質量達到900kg,而固態(tài)電池創(chuàng)業(yè)公司Seeo Inc生產的相同容量電池組的質量卻只有323kg,接近前者的三分之一。
然而,固態(tài)電池也有缺點。固態(tài)電解質電導率總體偏低導致了其倍率性能整體偏低,內阻較大,充電速度慢,且成本總體偏高,現在的固態(tài)電池如果要和普通鋰離子電池在傳統(tǒng)市場上競爭,并沒有太大的優(yōu)勢。因此,發(fā)揮固態(tài)電池本身高安全性、高溫穩(wěn)定性、可能達到的柔性等其它多功能特性,與傳統(tǒng)鋰離子電池在差異化的市場中進行競爭,可能是固態(tài)電池近期內比較有希望的市場突破方向。
聚合物固態(tài)電解質(SPE)
組成:由聚合物基體(如聚酯、聚酶和聚胺等)和鋰鹽(如 LiClO4、LiAsF4、LiPF6、LiBF4等)構成。
特點:質量較輕、黏彈性好、機械加工性能優(yōu)良等。
主要類別:聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚偏氯乙烯 (PVDC)以及單離子聚合物電解質。
機理:固態(tài)聚合物電解質中離子傳輸主要發(fā)生在無定形區(qū),而室溫條件下未經改性的PEO的結晶度高,導致離子電導率較低,嚴重影響大電流充放電能力。研究者通過降低結晶度的方法提高PEO鏈段的運動能力,從而提高體系的電導率,其中最為簡單有效的方法是對聚合物基體進行無機粒子雜化處理。目前研究較多的無機填料包括 MgO 、Al2O3、SiO2等金屬氧化物納米顆粒以及沸石、蒙脫土等,這些無機粒子的加入擾亂了基體中聚合物鏈段的有序性,降低了其結晶度,聚合物、鋰鹽以及無機粒子之間產生的相互作用增加了鋰離子傳輸通道,提高電導率和離子遷移數。無機填料還可以起到吸附復合電解質 中的痕量雜質(如水分)、提高力學性能的作用。
從整體來看,固態(tài)電池現在的制備技術成熟度還有待加強,能形成規(guī)模產能的企業(yè)有限,技術規(guī)?;瘮U產需要克服的困難還有很多,仍處于推廣發(fā)展期。但可以預期的是,隨著研發(fā)和工業(yè)技術的不斷發(fā)展,全固態(tài)電池中的科學和工藝上的問題會逐漸得到緩解,在未來幾年,固態(tài)電池產品的市場會迎來蓬勃發(fā)展的機遇。
特別聲明:本文為網易自媒體平臺“網易號”作者上傳并發(fā)布,僅代表該作者觀點。網易僅提供信息發(fā)布平臺。
責任編輯:周大偉
如需了解更多信息,請登錄中國有色網:m.gzjcgq.com了解更多信息。
中國有色網聲明:本網所有內容的版權均屬于作者或頁面內聲明的版權人。
凡注明文章來源為“中國有色金屬報”或 “中國有色網”的文章,均為中國有色網原創(chuàng)或者是合作機構授權同意發(fā)布的文章。
如需轉載,轉載方必須與中國有色網( 郵件:cnmn@cnmn.com.cn 或 電話:010-63971479)聯系,簽署授權協議,取得轉載授權;
凡本網注明“來源:“XXX(非中國有色網或非中國有色金屬報)”的文章,均轉載自其它媒體,轉載目的在于傳遞更多信息,并不構成投資建議,僅供讀者參考。
若據本文章操作,所有后果讀者自負,中國有色網概不負任何責任。