锂离子电池发展仍然艰难，全固态电池产业化还遥不可及
来源：宝鄂实业
2019-03-13 11:19
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锂电池发展到今天，几乎已经渗透到了我们日常生活之中，随处可见的数码产品无不采用锂电池作为能量来源，锂电池促进了相关产业的发展，也给人们日常生活带来了更多的便利，但几乎每年都出现过锂电池自燃甚至爆炸等安全事件，传统锂电池在日常使用中仍然有很大的安全隐患。
尽管传统锂离子电池中的液体电解质能够提供较高的电导率以及良好的界面接触，但其易泄漏、易挥发、易燃、安全性差等问题阻碍了电池的进一步发展。而固态锂电池因其良好的安全性能、柔顺性、能很好地抑制锂枝晶现象等的优势，受到了广泛的关注。
其实固态锂电池的研发早已开始，1973年，Fenton等人发现通过将PEO与碱金属钠盐络合可以形成具有离子导电性的电解质；1979年，Armand等人正式提出将聚合物电解质用于锂离子电池固态电解质，从此锂电池用全固态聚合物电解质引发了国内外的广泛研究。
这一般被称作第一代固态电池，也叫做有机聚合物电解质电池，但因其电导率实在是太低以及氧化电位窗口不高的问题，仅能产出一些容量十分小的电池产品，现在大多数已经淘汰。
到了第二代，也叫做凝胶聚合物电解质电池，在第一代以及别的改良基础上，用增塑剂在聚合物之中“造孔”，使得电解液在其中“流动”以增大电导率，其中虽然有液体，但实际上并不能流动，整体更像是胶状，也是凝胶电池的名称由来。
要注意的是：一些锂聚合物电池的定义是正极材料、负极材料与电解质材料中有一项是高分子材料，这种定义下的锂聚合物电池有可能正极是高分子材料，而电解质依旧是液体。
第三代，便是真正的全固态电池，目前全球有很多企业都在研究，并做出了不少样品，可惜暂时没有商用成果。
那么锂离子电池、锂聚合物电池、凝胶电池和固态电池，究竟是什么关系？确切的说，凝胶电池属于锂聚合物电池这一大类，归属于固态锂电池，而固态锂电池与液体锂电池（传统锂电池）区别于之前的镍氢电池等都叫做锂离子电池。
目前的锂聚合物电池还不能叫做全固态电池，除了结构差异外，是因为其综合性能达不到人们的预想，工信部颁布的《中国制造2025》指明：“到2025年、2030年，我国动力电池单体能量密度分别需达到400Wh/kg、500Wh/kg。”指标分别对应当前乘用车动力电池单体平均水平170Wh/kg的2-3倍。
科学界尝试过很多种增加锂聚合物电池性能的方法，凝胶电池的“加入增塑剂”只是其中一种方法，除此之外还有共混、共聚、交联、有机无机复合等手段，因其方法的不同，电池的各方面性能也不同。
但随着科学发展，人们的视野已经远离了普通聚合物材料，Li-S材料、氧化物材料以及石墨烯等等都成为了热门的研究方向，说不定就会成为未来全固态电池的一个突破口，愿科技改变生活！
聚合物通常是指某些类型的锂基电池，这些通常被大家知道的是袋式或是棱柱形电池。锂聚合物与所用电解质类型的其他电池系统不同。最初的聚合物设计可追溯到20世纪70年代，使用的固体（干）聚合物电解质类似于塑料薄膜。该绝缘体允许交换离子（带电原子）并取代传统的用电解质浸泡的多孔隔板。
固体聚合物在室温下导电性差，电池必须加热到60°C（140°F）或更高，以使电流流动。安装了用于固定应用的大型聚合物电池，需要加热，但这些已经消失。在21世纪初承诺的“真正的塑料电池”备受期待的炒作没有实现，因为在环境温度下无法获得导电性。
为了使现代锂聚合物电池在室温下导电，添加了凝胶电解质。目前大多数锂离子聚合物电池都含有微孔分离器和一些水分。锂聚合物可以建立在许多系统上，如Li-cobalt，NMC，Li-phosphate和Li-manganese，并且不被认为是独特的电池化学。大多数锂聚合物包装是钴基的， 也可以添加其他活性材料。
添加凝胶电解质的普通锂离子和锂离子聚合物有什么区别？
就用户而言，锂聚合物与锂离子基本相同。两种使用相同的阴极和阳极材料并含有相似量的电解质。
锂聚合物的独特之处在于微孔电解质取代了传统的多孔隔膜。锂聚合物提供稍高的比能，并且可以制造得比传统的锂离子更薄，但据说制造成本高于圆柱形设计。出于讨论的目的，袋式电池通常被鉴定为Li-聚合物。
锂聚合物电池也采用柔性箔状外壳，类似于食品包装。虽然标准锂离子电池需要刚性外壳将电极压在一起，但锂聚合物使用不需要压缩的层压板。与传统硬壳相比，铝箔式外壳可减轻20％以上的重量。薄膜技术解放了设计，因为电池可以制成任何形状，整齐地装入时尚的手机和平板电脑等。锂聚合物也可以做得非常纤薄，类似于信用卡（参见袋式电池）。重量轻，比功率高，使锂聚合物成为业余爱好者的首选。
锂聚合物的充电和放电特性与其他锂离子系统相同，不需要专用充电器。安全问题也类似，都是需要保护电路。注意了：充电过程中的气体积聚会导致一些棱柱形和袋状电池膨胀，所以，设备制造商必须考虑扩展。
