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        下一代鋰電池技術,固態電池的春天何時來

        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,繼續為下一代鋰電池技術"固態電池"做貢獻。

          什么是固態電池?

          傳統鋰電池電池由正極、負極、液態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,而液態的電解液作為鋰離子往返的媒介。

          固態電池,將液態的電解液變為固態,即電池正負極之間沒有液態電解液,同時鋰離子也可實現正負極間的往返。

          舉個形象的例子,全固態電池相當于使鋰離子往返路徑從"水上通道"變為了"路上通道"。

          固態電池一般稱全固態電池,目前市面上有宣稱固態電池研發成功甚至量產,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電解質,或者是在固態電解質里面加了有機電解液。

          嚴格意義上來講,不能稱為固態電池,這里強調電解質是完全固態的。

          固態電池的優勢

          相比于液態電解質電池,全固態電池具有天然的七大優勢:

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

          能實現快速放電(是否能夠實現快速充電業界還有疑問);

          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;

          由于固態電池內部不含液體,可實現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。

          固態電池的難題

          目前,技術層面上全固態電池還要解決兩個難題:

          第一,離子導電率:

          當前固態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的通暢性;

          第二,界面阻抗;

          固態電解質有很高的界面阻抗,傳統液態電解質和正負極的接觸方式為液/固接觸,界面濕潤性良好,界面之間不會出現大的阻抗。

          而固態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。

          固態電池何時量產

          固態電池是最有希望實現量產的下一代電池技術,這也已成為了產業界和科學界的共識,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、初創公司、科研院所致力于固態電池技術研究。

          據統計,我國院校發表的SCI文章居世界首位,而日本則占據了全球范圍內的一半以上的專利,在歐美地區,相關創業公司數量逐年增多。

          車企方面,豐田和大眾目前是在固態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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