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【干貨】解析全固態(tài)動(dòng)力電池

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關(guān)鍵詞: 固態(tài)電池,動(dòng)力電池,電動(dòng)汽車

    根據(jù)國(guó)家規(guī)劃,2020年電芯能量密度達(dá)到350Wh/Kg,2025年電芯能量密度達(dá)到400Wh/Kg,2030年電芯能量密度達(dá)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(xiǎn)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。

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    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(fù)極遷移,電子通過外電路向負(fù)極遷移,兩者在負(fù)極處復(fù)合成鋰原子、合金化或嵌入到負(fù)極材料中

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

    固體電解質(zhì)除了傳導(dǎo)鋰離子,也充當(dāng)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(jiǎn)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(jī)全固態(tài)鋰電池-無機(jī)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(jī)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(shì):

    1. 最大優(yōu)勢(shì)是安全耐用。內(nèi)部無液體,無流動(dòng)性,電池可承受穿釘、切開、剪開、折彎。發(fā)生危險(xiǎn)后,無強(qiáng)燃燒性,不易發(fā)生爆炸。

    2. 長(zhǎng)壽命:充放電次數(shù)長(zhǎng)達(dá)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(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)有機(jī)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(jiǎn)化電池外裝,從而能以卷對(duì)卷方式制造大面積的電池單元??蓪⒍鄠€(gè)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(shí)壓降較大,近期難以解決電池快充問題,低溫性能有待進(jìn)一步提高。固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率隨著溫度上升也會(huì)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(jì)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(jī)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(dòng)力電池技術(shù)的飛速發(fā)展,這些問題的解決只是時(shí)間問題。預(yù)計(jì)全固態(tài)電池車輛大概在2019年在中國(guó)出現(xiàn),全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化是必然趨勢(shì),也是未來電動(dòng)汽車革命性變革的重要因數(shù)。目前世界各國(guó)競(jìng)相推動(dòng)全固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。這將是未來動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)最激烈的領(lǐng)域。

    (審核編輯: 林靜)

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