如何解决电池安全性能？全固态锂电池应运而生
来源：宝鄂实业
2019-05-31 10:18
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锂离子电池是当今电池世界的霸主，随着对能量密度越来越高的要求，采用金属锂负极成为大势所趋，而金属锂负极进一步增加了电池安全风险。解决电池安全性能的重要任务，就这样落到了全固态锂电池的肩上。
为了获得与基于液体电解质的锂电池相当的能量密度，固体电解质需要具有高离子电导率、力学强度好、不可燃、化学稳定性等特性。然而，用于液体电解质的商业聚合物电解质隔板厚度仅有10μm左右，如果采用如此薄的固体电解质势必会极大地增加电池短路的风险。
有鉴于此，斯坦福大学崔屹课题组设计了一种全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物复合固体电解质，可以确保全固态锂离子电池的安全性能。
要点1：设计理念
复合固态电解质必须由坚固、不易燃的主体制成，采用具有垂直排列的纳米通道和锂离子导电SPE填料。高模量主体防止枝晶渗透，而对齐的通道增强SPE填料的离子导电性。复合电解质的超薄和聚合物-聚合物性能使得全电池具有极大的柔韧性，低电解质电阻和潜在的高能量密度。研究团队采用高模量的纳米多孔聚酰亚胺（PI）主体和PEO/锂双（三氟甲磺酰基）酰亚胺（LiTFSI）聚合物电解质进行概念验证，这种PI/PEO/LiTFSI固体电解质中，超薄多孔PI基质厚度仅8.6μm。
要点2：优异性能
虽然商业锂离子电池的理论能量密度接近480Whkg-1，但是当在计算中考虑金属壳体，正负极集流器时，理论值减少一半。如果进一步考虑隔板和液体电解质时，能量密度理论值还要进一步降低。然而，当使用PI/PEO/LiTFSI电解质（246Whkg-1）时，全固态电池的能量密度与液体电解质电池的能量密度相当，并且远高于其他的电解质电池。
全固态电池中超薄超轻的PI/PEO/LiTFSI（1.12mgcm-2）具有与隔膜/液体电解质（1mgcm-2）相似的面积密度，确保其优于其他固体电解质系统。由于全固态LIB的电池外壳可能比液体电解质LIB更简单，所以固体聚合物-聚合物复合材料LIB的能量密度可能会更高。进一步，通过高容量锂化学，例如硫和金属锂，可以实现更高的能量密度。
为了获得与基于液体电解质的锂电池相当的能量密度，固体电解质需要具有高离子电导率、力学强度好、不可燃、化学稳定性等特性。然而，用于液体电解质的商业聚合物电解质隔板厚度仅有10μm左右，如果采用如此薄的固体电解质势必会极大地增加电池短路的风险。
有鉴于此，斯坦福大学崔屹课题组设计了一种全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物复合固体电解质，可以确保全固态锂离子电池的安全性能。
要点1：设计理念
复合固态电解质必须由坚固、不易燃的主体制成，采用具有垂直排列的纳米通道和锂离子导电SPE填料。高模量主体防止枝晶渗透，而对齐的通道增强SPE填料的离子导电性。复合电解质的超薄和聚合物-聚合物性能使得全电池具有极大的柔韧性，低电解质电阻和潜在的高能量密度。研究团队采用高模量的纳米多孔聚酰亚胺（PI）主体和PEO/锂双（三氟甲磺酰基）酰亚胺（LiTFSI）聚合物电解质进行概念验证，这种PI/PEO/LiTFSI固体电解质中，超薄多孔PI基质厚度仅8.6μm。
要点2：优异性能
虽然商业锂离子电池的理论能量密度接近480Whkg-1，但是当在计算中考虑金属壳体，正负极集流器时，理论值减少一半。如果进一步考虑隔板和液体电解质时，能量密度理论值还要进一步降低。然而，当使用PI/PEO/LiTFSI电解质（246Whkg-1）时，全固态电池的能量密度与液体电解质电池的能量密度相当，并且远高于其他的电解质电池。
全固态电池中超薄超轻的PI/PEO/LiTFSI（1.12mgcm-2）具有与隔膜/液体电解质（1mgcm-2）相似的面积密度，确保其优于其他固体电解质系统。由于全固态LIB的电池外壳可能比液体电解质LIB更简单，所以固体聚合物-聚合物复合材料LIB的能量密度可能会更高。进一步，通过高容量锂化学，例如硫和金属锂，可以实现更高的能量密度。
