【干貨】解析全固態(tài)動力電池

根據(jù)國家規(guī)劃，2020年電芯能量密度達到350Wh/Kg，2025年電芯能量密度達到400Wh/Kg，2030年電芯能量密度達到500Wh/Kg。目前鋰離子電池比能量密度低于300 Wh/kg，如何使電池能量密度從200Wh/kg提高到500Wh/kg 以上？傳統(tǒng)鋰電池電解液在高溫下發(fā)生燃燒或者爆炸，如何避免這種危險發(fā)生？今天給大家介紹一種解決以上問題的方案——全固態(tài)電池。

全固態(tài)鋰電池工作原理與液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的原理相通：

1. 充電過程：正極中的鋰離子從活性物質(zhì)的晶格中脫嵌，通過固體電解質(zhì)向負極遷移，電子通過外電路向負極遷移，兩者在負極處復(fù)合成鋰原子、合金化或嵌入到負極材料中

2. 放電過程：與充電過程恰好相反，此時電子通過外電路驅(qū)動電子器件。

固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子，也充當了隔膜的角色，電解液、電解質(zhì)鹽、隔膜與黏接劑聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大簡化了電池的構(gòu)建步驟。

全固態(tài)電池按電解質(zhì)分類：

1. 無機全固態(tài)鋰電池-無機固體電解質(zhì)組成的鋰離子電池

2. 聚合物全固態(tài)鋰電池-以有機聚合物電解質(zhì)組成的鋰離子電池

全固態(tài)電池的優(yōu)勢：

1. 最大優(yōu)勢是安全耐用。內(nèi)部無液體，無流動性，電池可承受穿釘、切開、剪開、折彎。發(fā)生危險后，無強燃燒性，不易發(fā)生爆炸。

2. 長壽命：充放電次數(shù)長達40000-100000次

3. 能量密度高：質(zhì)量能量密度高，相同體積的電池重量更輕；體積能量密度高，相同質(zhì)量的電池體積更小。

4. 耐高電壓：不會出現(xiàn)傳統(tǒng)有機電解液高電壓下電解液分解現(xiàn)象。

此外，全固態(tài)電池將突破現(xiàn)有鋰電池的生產(chǎn)方式：不必封入液體，可以簡化電池外裝，從而能以卷對卷方式制造大面積的電池單元?？蓪⒍鄠€電極層疊，并在電池單元內(nèi)串聯(lián)，制造出12V或24V的大電壓電池單元。

全固態(tài)電池也有一些需要解決的問題：

1. 固體電解質(zhì)材料導(dǎo)電率低 ( <10-3S/cm),內(nèi)阻較大，高倍率放電時壓降較大，近期難以解決電池快充問題,低溫性能有待進一步提高。固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度上升也會有明顯的提高，因此全固態(tài)電池高溫工作性能好。

2. 固態(tài)電解質(zhì)/電極間界面阻抗大，界面相容性較差，界面鋰離子電導(dǎo)率較低，固態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中體積膨脹和收縮，導(dǎo)致界面容易分離。

3. 有待設(shè)計和構(gòu)建與固態(tài)電解質(zhì)相匹配的電極，研究和開發(fā)出適合于固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池體系。

4. 目前無機體系的固態(tài)電池很多采用CVD/PVD等復(fù)雜的工藝制備，生產(chǎn)(沉積薄膜)速度慢，成本昂貴，單體電池容量小，只適合做小型電子器件用的電池。

隨著動力電池技術(shù)的飛速發(fā)展，這些問題的解決只是時間問題。預(yù)計全固態(tài)電池車輛大概在2019年在中國出現(xiàn)，全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化是必然趨勢，也是未來電動汽車革命性變革的重要因數(shù)。目前世界各國競相推動全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。這將是未來動力電池產(chǎn)業(yè)競爭最激烈的領(lǐng)域。