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        行業新聞

        固態鋰電池發展前景,固態鋰電池優勢

        來源:存能電氣  日期:2019-07-25 15:02  瀏覽量:

          固態鋰電池發展前景,固態鋰電池優勢。全固態鋰電池是未來的重要發展方向已經是業內的共識,固態鋰電池是未來鋰電池極有希望的發展方向。但是其技術離成熟還比較遠,各家企業都在努力探索合適的制備技術。該領域技術仍不成熟,設備僅還處于探索階段,目前只能小規模試制的固態電池。

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          固態鋰電池發展前景

          2020~2025年全固態鋰電池將量產上車。許多研究者和企業認為,相對于鋰硫、鋰空、鋁、鎂電池以及并不存在的石墨烯電池,全固態金屬鋰電池是最具潛力的替代現有高能量密度鋰離子電池的候選技術,其能量密度有望是現有鋰離子電池的2~5倍,循環性和服役壽命更長,倍率性能更高,并可能從本質上解決現有液態電解質鋰離子電池的安全性問題。

          固態鋰電池起步早,商業化程度更高,整車成本也更低,且充電可以利用現有的電網系統,相比燃料電池整個加氫和供氫的配套網絡都要從頭建設,成本也要更低。

          從液態電解質到全固態鋰電池的發展是要經歷一個過程的:電解質中的電解液含量將逐步下降,從開始的凝膠電解質(如PEO)體系逐漸向半固態發展,最終過渡到真正的全固態電池。而在這一過程中,使用的負極材料也將不斷深化,預鋰化負極,乃至無數科學家們已經探索多年的鋰金屬負極將成為我們的最終目標。在此過程中,電池的能量密度才能最終達到350,乃至500Wh/kg的愿景。

          固態鋰電池將是未來電池發展的方向。固態鋰電池代替傳統鋰電池漸行漸近,基于安全和能量密度上的優勢,固態電池已成為未來鋰電池發展的必經之路。新型化學儲能技術領域對高安全性、長壽命鋰二次電池的發展需求,發展大容量全固態鋰電池前沿技術刻不容緩。

          電解質材料是全固態鋰離子電池技術的核心,電解質材料很大程度上決定了固態鋰電池的各項性能參數,如功率密度、循環穩定性、安全性能、高低溫性能以及使用壽命。相對于傳統的鋰離子電池,全固態鋰離子電池最明顯的變化是其電解質由原來的電解液變為了固態的電解質,使得電池體積大大降低,能量密度也得到提升。

          總體來看固態電池的發展,電解質可能遵循從液態、半固態、固液混合到固態的路徑發展,最后到全固態。筆者認為,2020年前采用高鎳正極+準固態電解質+硅碳負極實現300Wh/Kg,2025年前采用富鋰正極+全固態電解質+硅碳/鋰金屬負極電池實現400Wh/Kg,2030年前燃料/鋰硫/空氣電池實現500Wh/Kg。

          固態鋰電池的優勢

          ●固態鋰電池生產成本相對較低,此外其重復充電利用非常方便,相比其他可攜帶能源,其具有更高的成本效益。

          ●傳統鋰電池,因為電解質首要是電解液,導致存在易燃、不穩定、環保型差等,對比傳統鋰電池,全固態鋰電池在能量密度、安全性、環保性等方面,均更具優勢。

          ●全固態鋰離子電池使用固態電解質,不易燃、無腐蝕、不揮發泄露,具備固有安全性與更長的使用壽命。

          相比于傳統的鋰離子電池,固態鋰電池具有顯著優點

          (1)高安全性能:傳統鋰離子電池采用有機液體電解液,在過度充電、內部短路等異常的情況下,電池容易發熱,造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸,存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題,聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態電解液,電池安全性也大幅提高。

          (2)高能量密度:固態鋰電池負極可采用金屬鋰,電池能量密度有望達到300~400Wh/kg甚至更高;其電化學穩定窗口可達5V以上,可匹配高電壓電極材料,進一步提升質量能量密度;沒有液態電解質和隔膜,減輕電池重量,壓縮電池內部空間,提高體積能量密度;安全性提高,電池外殼及冷卻系統模塊得到簡化,提高系統能量密度。

          (3)循環壽命長:有望避免液態電解質在充放電過程中持續形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題,大大提升金屬鋰電池的循環性和使用壽命。

          (4)工作溫度范圍寬:固態鋰電池針刺和高溫穩定性極好,如全部采用無機固體電解質,最高操作溫度有望達到300℃,從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。

          (5)生產效率提高:無需封裝液體,支持串行疊加排列和雙極機構,可減少電池組中無效空間,提高生產效率。

          (6)具備柔性優勢:全固態鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池,相對于柔性液態電解質鋰電池,封裝更為容易、安全,未來可應用于智能穿戴和可植入式醫療設備等。

          以上就是固態鋰電池發展前景,固態鋰電池優勢??傮w來看固態電池的發展,電解質可能遵循從液態、半固態、固液混合到固態的路徑發展,最后到全固態。

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