聚合物电池高温工作性能好吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-26 14:11
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聚合物电池高温工作性能较好，目前最优技术路线，最先实现小规模产业化。聚合物全固态电池的电解质主要是聚环氧乙烷（PEO）、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等，其中聚环氧乙烷（PEO）研究开发最早也最为成熟。在高温条件下，聚合物（如PEO）离子电导率高，能与正极复合形成连续的离子导电通道，且对金属锂具有较高的稳定性，同时，聚合物容易成膜，其柔性易于加工，既可以制成薄膜型，也能制成大容量型，应用范围广，因而随着材料性能提升和制造工艺的改进，使得聚合物全固态锂电池成为最容易也是最先实现了小规模商业化生产。不过目前聚合物室温电导率较低以及较低的电压其大规模产业化发展仍有限制。聚合物固态锂电池的开发主要以Bolloré、CATL、Seeo、中科院青岛生物能源与过程研究所为代表。
Bolloré生产出的全固态二次电池（LMP），负极材料采用金属锂，电解质采用聚合物（PEO等）薄膜，目前已经批量应用在法国的EV共享服务汽车“Autolib”和小型电动巴士“Bluelus，总体应用超过3000辆。
Seeo开发的全固体二次电池采用大创公司的干聚合物薄膜，提供的样品电池组能量密度为130-150Wh/kg，2017年能量密度能达到300Wh/kg。
国内CATL在聚合物方面也发展较快，目前已经设计制造出了容量为325毫安时的聚合物电芯，表现出较好的高温循环性能。
2017年4月中科院青岛生物能源与过程研究所取得重大进展，该所开发的大容量固态聚合物锂电池“青能I号”完成深海科考，据悉，其能量密度超过250Wh/kg，500次循环容量保持80％以上，在多次针刺和挤压等苛刻测试条件下保持非常好的安全性能。另外，“青能II号”也已经研发成功，能量密度高达300Wh/kg。
2.2.硫化物性能参数极佳，开发潜力巨大
硫化物在工作性能参数上表现良好，且易于加工。硫化物全固态电池的主要电解质是thio-LISICON和LiGPS、LiSnPS、LiSiPS等。
首先，相对于聚合物和氧化物，硫化物的电导率较高，室温电导率可以达到10-3~10-2S/cm，接近甚至超过有机电解液。其次，电化学窗口较宽（可实现5V以上）以及形成膜以后具有比较好的界面稳定性。最后硫化物与聚合物相似，硫化物柔性也较强，易于加工，较大的设计弹性拓宽了硫化物全固态锂电池的应用范围。硫化物仍面临界面问题和硫化物离子环境弱稳定性的限制因素。综合来看，硫化物有着巨大的开发潜力，CATL、丰田等国内外企业纷纷加速布局。
丰田、CATL加速布局，未来潜力巨大。硫化物优异的性能受到工业巨头的青睐，丰田、三星和宁德时代等企业深耕已久。
丰田技术最为领先，2010年就推出硫化物固态电池，2014年其实验原型能量密度达到400Wh/kg。截止到2017年2月，丰田固态电池专利数量达到30件，远远高于其它企业。据丰田高管透露，丰田将在2020年实现硫化物固态电池的产业化。
三星研究所也取得了一定成果，利用硫化物类固体电解质试制出2000mAh、175Wh/kg的压层型全固态二次电池。
国内企业CATL在硫化物固态电池方面比较成熟，目前正加速开发EV用的硫化物全固态锂金属电池研发的步伐。
2.3.氧化物循环性能良好，适用于薄膜型结构设计
氧化物全固态锂电池：氧化物循环性能良好，技术壁垒较高，研究仍处于初期阶段。氧化物全固态电池的电解质主要是：LiPON、NASICON等，其中LiPON研究最为成熟，以LiPON为电解质材料时,正负极材料必须采用磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法制成薄膜电极，从而制成薄膜型结构的全固态锂电池。
氧化物电池最为突出的就是其优异的电池倍率性能及循环性能，它可以在50C下工作,循环45000次后,容量保持率达95%以上。同时，LiPON对金属锂稳定，电化学窗口宽（相对于Li+/Li为0~5.5V），对电子绝缘。此外，氧化物电解质对空气和热稳定性高，原料成本低，在实际产业化方面更易实现规模化制备。不过，氧化物的低室温电导率以及界面问题是氧化物全固态锂电池开发应用的主要障碍，目前处于早期研究阶段。
氧化物固态锂电池的开发目前主要有美国橡树岭国家实验室，QuantumScape，Sakti3以及中科院。目前已经小批量生产的固态电池主要是以无定形LiPON为电解质的薄膜电池，该项技术界面问题比较难解决，Sakti3称可以通过单元叠加串联的方式，将MWh级别的薄膜电池组装成kWh级别的EV用电池。其它企业尚未发现存在可产业化的产品。从目前来看，室温离子电导率和界面问题加大了单纯的氧化物基固态电池的开发难度，目前仍处于处于早期的研究阶段。
