浅析固态电解质能否成为下一个突破口

来源:钜大LARGE    2017-08-23    点击量: 157
      据北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清表示,固态电解质电池将是锂电池下一个风口,是新能源电池未来主要发展趋势。相较于传统锂电池,固态锂电池的差异在于电解质固态化,理论上存在一定的优势。
      首先我们从固态电解质的优势来看。
      一、安全性能高。由于液态电解质中含有易燃的有机溶液,发生短路温度骤升时容易发生燃烧和爆炸,需要安装抗温升和防短路的安全装置结构。而固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,也克服了锂枝晶现象,因而全固态电池具有极高安全性。
      二、能量密度高。目前,市场中应用的锂电池能量密度为200Wh/kg,如果采用固态电解质,锂电池能量密度基本可达300-400Wh/kg,几乎翻了一番。
      三、相对较轻。相比液态电池,相同容量的电池组,固态电解质电池相对较轻。比如特斯拉-松下生产的三元锂电池组质量达到900kg,而固态电池创业公司Seeo Inc生产的相同容量电池组的质量却只有323kg,接近前者的三分之一。
      四、循环性能强。固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,大大提升了锂离子电池的循环性和使用寿命,理想情况下循环性能表现优异,能够达到45000次左右。
      固态电解质拥有更优势的同时,也存在一定的缺点,这也是将固态电解质电池止步于商业化的主要原因。
      一、界面阻抗过大。与传统锂电池相比,固态电解质电池的固-固界面存在电极与电解质之间有效接触较弱,离子在固体物质中传输动力学低等问题,为了避免因空间电荷层导致的高界面阻抗,专家不断进行实验,期望早日突破。
      二、快充比较难。固态电解质电池有倍率性能很低的LiPON系列电池(实际上氧化物体系的电解质普遍倍率性能不佳),也可以基于硫系高性能电解质做出高倍率还不错的固态锂硫电池。但是总体来说,作为动力电源使用,固态电解质电池在高倍率性能方面还是有很多挑战的。
      三、成本价格高。据了解,液态电解质锂电池的成本大约在200-300美元/千瓦时,如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电解质电池,其成本会达到1.5万美元,而足以为汽车供电的固态电解质电池成本更是达到令人咋舌的9000万美元。
      其实,固态电解质电池并不是新鲜内容。中国工程院陈立泉院士曾表示,如果现在还不布局全固态电池,将会错失发展时机。企业看好固态电池的前景,纷纷布局。早在2010年,丰田就一直在固态电池领域默默探索。但是一直没有起色,直到2016年12月份向美国专利局提交的固态锂电池专利终于获批,博得各大版面的头条。
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