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下一代鋰電池技術,固態(tài)電池的春天何時來

時間:2022-06-29 15:04:18來源:鉅大LARGE

導語:?2019年的諾貝爾化學獎授予了美國、英國和日本的三位科學家,以表彰他們在鋰電池領域的突出貢獻。

  獲獎者中,97歲高齡的古迪納夫Goodenough(足夠好)先生,被譽為鋰電之父,他仍然奮斗在一線,繼續(xù)為下一代鋰電池技術"固態(tài)電池"做貢獻。

  什么是固態(tài)電池?

  傳統(tǒng)鋰電池電池由正極、負極、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),即電池正負極之間沒有液態(tài)電解液,同時鋰離子也可實現(xiàn)正負極間的往返。

  舉個形象的例子,全固態(tài)電池相當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,實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,或者是在固態(tài)電解質里面加了有機電解液。

  嚴格意義上來講,不能稱為固態(tài)電池,這里強調電解質是完全固態(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)電解質替換了具有可燃性的液態(tài)電解質,電池安全性大幅提高;

  能實現(xiàn)快速放電(是否能夠實現(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;

  電池設計自由度新增,相同容量下電池變得更加輕巧;

  由于固態(tài)電池內部不含液體,可實現(xiàn)電芯內部的多層化設計,大大減少了電池組裝殼體等用料,進一步為電池減負;

  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,技術層面上全固態(tài)電池還要解決兩個難題:

  第一,離子導電率:

  當前固態(tài)電解質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,離子電導率還遠低于液態(tài)電解質,離子電導率即鋰離子的通過率,直接決定了鋰離子在正負極之間運輸?shù)耐〞承?

  第二,界面阻抗;

  固態(tài)電解質有很高的界面阻抗,傳統(tǒng)液態(tài)電解質和正負極的接觸方式為液/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)電解質和正負極之間以固/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

  固態(tài)電池是最有希望實現(xiàn)量產的下一代電池技術,這也已成為了產業(yè)界和科學界的共識,無疑也是全球眾多科研機構、車企、電池廠商以及國家關注和搶奪的高地。

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

  據(jù)統(tǒng)計,我國院校發(fā)表的SCI文章居世界首位,而日本則占據(jù)了全球范圍內的一半以上的專利,在歐美地區(qū),相關創(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,豐田曾經表示,要在2020年的夏季奧運會到來之前正式推出市場。

  而大眾相比較較保守,預計固態(tài)電池產品投入整車之中,最早也要到2025年。


標簽: 鋰電池

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