究竟什么是固态锂电池?为什么说它将会是下一代的主流电池技术?
从上个世纪90年代,索尼发布了第一款商用的锂离子电池,锂离子电池体系并没有明显的变革,发展至今,其能量密度和功率密度都已经接近工业的极限,但是仍难以满足未来的储能需求,单从新型电极材料的角度进行升级,也难以持续进行下去。若想突破目前锂离子电池的储能极限,势必要对其结构进行彻底变革,潜在解决方案包括开发锂硫电池、锂空气电池等,然后这些体系电池目前都处于研究状态,距离商业化还有较大的距离。与其他体系电池相比,固态锂离子电池是最有可能在新型电池体系竞争中取得胜利,那么究竟什么是固态锂离子电池?
所谓的固态锂离子电池就是不管电极和电解液都是固态形式的。目前市面上普遍使用的锂离子电池都是采用液态或者聚合物电解质材料的。
其实,开发固态电池也是目前科学界和产业界不得已而为之的方案。目前,液态电解质体系的锂离子电池容量已经达到了工业极限了,很难再通过工艺和材料的改进而大规模提升电池容量。
液态电解液相比较于固态电解质具有离子传导率高的特点,但是液态电解液易于泄露和具有的安全性隐患,不得不使得现有电池体系增加过多的保护层和防渗漏装置进行安全防护,这部分非活性材料占据了锂离子电池体系的大部分,极大的影响了锂离子电池的整体容量和安全性。
液体电池相比,固体电池的原理一样,但是其中电解质为固体材料,因而具有以下几个优势:
1、能量密度高。采用了全固态电解质后,整体电极体系就可以针对性改进,比如可以使用容量密度更高的金属锂作为负极材料,能够显著减轻锂离子电池的电极用量,提高整理容量密度。
储
2、体积更小。传统液态锂离子电池通过需要使用隔膜和外接保护装置来防止正负极的短路和泄露,而这部分体积占据了电池40%的体积和25%的质量,这样电极厚度可以缩减几倍,并且可以实现更好的柔性化。
3、更加安全。显而易见,使用了固态电解质就可以极大避免了电池常见的短路和泄露造成的安全风险。
当然,固态电池目前也面临着一些开发的问题,其中最大的就是本身的电导率与液态电解质还具有非常大的差距。此外,固态电解质与电极材料之间的界面稳定性也是需要解决的问题之一。
可以说,与传统的锂离子电池相比较,固态电池的最核心就是固态电解质材料。