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下一代鋰電池技術(shù),固態(tài)電池的春天何時來

時間:2022-06-29 15:04:18來源:鉅大LARGE

導(dǎo)語:?2019年的諾貝爾化學(xué)獎授予了美國、英國和日本的三位科學(xué)家,以表彰他們在鋰電池領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)。

  獲獎?wù)咧校?7歲高齡的古迪納夫Goodenough(足夠好)先生,被譽(yù)為鋰電之父,他仍然奮斗在一線,繼續(xù)為下一代鋰電池技術(shù)"固態(tài)電池"做貢獻(xiàn)。

  什么是固態(tài)電池?

  傳統(tǒng)鋰電池電池由正極、負(fù)極、液態(tài)電解液以及隔膜組成,電池充放電時,鋰離子會在正負(fù)之間來回往返擺動,而液態(tài)的電解液作為鋰離子往返的媒介。

  固態(tài)電池,將液態(tài)的電解液變?yōu)楣虘B(tài),即電池正負(fù)極之間沒有液態(tài)電解液,同時鋰離子也可實(shí)現(xiàn)正負(fù)極間的往返。

  舉個形象的例子,全固態(tài)電池相當(dāng)于使鋰離子往返路徑從"水上通道"變?yōu)榱?路上通道"。

  固態(tài)電池一般稱全固態(tài)電池,目前市面上有宣稱固態(tài)電池研發(fā)成功甚至量產(chǎn),實(shí)際上這種類型的電池是在液體電解液里面加了一些固態(tài)電解質(zhì),或者是在固態(tài)電解質(zhì)里面加了有機(jī)電解液。

  嚴(yán)格意義上來講,不能稱為固態(tài)電池,這里強(qiáng)調(diào)電解質(zhì)是完全固態(tài)的。

  固態(tài)電池的優(yōu)勢

  相比于液態(tài)電解質(zhì)電池,全固態(tài)電池具有天然的七大優(yōu)勢:

  不會發(fā)生因電解液泄漏或揮發(fā)而引起的電池起火等安全事故,同時,采用不可燃的固態(tài)電解質(zhì)替換了具有可燃性的液態(tài)電解質(zhì),電池安全性大幅提高;

  能實(shí)現(xiàn)快速放電(是否能夠?qū)崿F(xiàn)快速充電業(yè)界還有疑問);

  可以采用之前因電解液溶解而不能使用的高電壓正負(fù)極材料,從而大幅提高電池的能量密度;

  電池自放電大幅降低;

  電池設(shè)計(jì)自由度新增,相同容量下電池變得更加輕巧;

  由于固態(tài)電池內(nèi)部不含液體,可實(shí)現(xiàn)電芯內(nèi)部的多層化設(shè)計(jì),大大減少了電池組裝殼體等用料,進(jìn)一步為電池減負(fù);

  裸電芯在物理沖擊、破壞測試之后,仍不冒煙、不起火、不爆炸。

  固態(tài)電池的難題

  目前,技術(shù)層面上全固態(tài)電池還要解決兩個難題:

  第一,離子導(dǎo)電率:

  當(dāng)前固態(tài)電解質(zhì)可以分為固體聚合物、氧化物、硫化物三種體系,但無論哪一種體系,離子電導(dǎo)率還遠(yuǎn)低于液態(tài)電解質(zhì),離子電導(dǎo)率即鋰離子的通過率,直接決定了鋰離子在正負(fù)極之間運(yùn)輸?shù)耐〞承?

  第二,界面阻抗;

  固態(tài)電解質(zhì)有很高的界面阻抗,傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)和正負(fù)極的接觸方式為液/固接觸,界面濕潤性良好,界面之間不會出現(xiàn)大的阻抗。

  而固態(tài)電解質(zhì)和正負(fù)極之間以固/固界面方式接觸,接觸面積小,緊密性更差,因此界面阻抗較高,會影響鋰離子在界面之間的傳輸。

  固態(tài)電池何時量產(chǎn)

  固態(tài)電池是最有希望實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的下一代電池技術(shù),這也已成為了產(chǎn)業(yè)界和科學(xué)界的共識,無疑也是全球眾多科研機(jī)構(gòu)、車企、電池廠商以及國家關(guān)注和搶奪的高地。

  目前全球范圍內(nèi)約有50多家公司、初創(chuàng)公司、科研院所致力于固態(tài)電池技術(shù)研究。

  據(jù)統(tǒng)計(jì),我國院校發(fā)表的SCI文章居世界首位,而日本則占據(jù)了全球范圍內(nèi)的一半以上的專利,在歐美地區(qū),相關(guān)創(chuàng)業(yè)公司數(shù)量逐年增多。

  車企方面,豐田和大眾目前是在固態(tài)電池布局比較靠前的車企,豐田曾經(jīng)表示,要在2020年的夏季奧運(yùn)會到來之前正式推出市場。

  而大眾相比較較保守,預(yù)計(jì)固態(tài)電池產(chǎn)品投入整車之中,最早也要到2025年。


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