与传统的锂离子电池相比固态锂电池具有哪些优点?
固态电池相比锂电池的优势主要有两点:
从技术开发潜力的角度来看,三元锂电池的能量密度提升相对困难,全固态锂电池能量密度提升更有潜力。主要有3个原因:1.全固态锂电池电压平台提升较大,固态电解质比有机电解液具有更宽的电化学窗口,有利于进一步提升电池能量密度;2.固态电解质能阻隔锂枝晶生长,材料应用体系范围提升,为具有更高能量密度空间的新型锂电技术奠定基础。3.全固态锂电池当前能量密度约为400Wh/Kg,预估最大潜力值可达900Wh/Kg,有超过100%的提升空间。而普通的三元锂电池很难将电池能量密度提升到300Wh/Kg以上。
相比于传统的锂离子电池,固态锂电池具有这些优点
(1)高安全性能:传统锂离子电池采用有机液体电解液,在过度充电、内部短路等异常的情况下,电池容易发热,造成电解液气胀、自燃甚至爆炸,存在严重的安全隐患。而很多无机固态电解质材料不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,聚合物固体电解质相比于含有可燃溶剂的液态电解液,电池安全性也大幅提高。
(2)高能量密度:固态锂电池负极可采用金属锂,电池能量密度有望达到300~400Wh/kg甚至更高;其电化学稳定窗口可达5V以上,可匹配高电压电极材料,进一步提升质量能量密度;没有液态电解质和隔膜,减轻电池重量,压缩电池内部空间,提高体积能量密度;安全性提高,电池外壳及冷却系统模块得到简化,提高系统能量密度。
(3)循环寿命长:有望避免液态电解质在充放电过程中持续形成和生长SEI膜的问题和锂枝晶刺穿隔膜问题,大大提升金属锂电池的循环性和使用寿命。
(4)工作温度范围宽:固态锂电池针刺和高温稳定性极好,如全部采用无机固体电解质,最高操作温度有望达到300℃,从而避免正负极材料在高温下与电解液反应可能导致的热失控。
(5)生产效率提高:无需封装液体,支持串行叠加排列和双极机构,可减少电池组中无效空间,提高生产效率。
(6)具备柔性优势:全固态锂电池可以制备成薄膜电池和柔性电池,相对于柔性液态电解质锂电池,封装更为容易、安全,未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。
传统锂离子电池叫做液态锂离子电池,里面含有液态的电解液,锂离子通过电解液在正负极间来回迁移。全固态锂离子电池顾名思义,里面没有液态的电解液,取而代之的是聚合物类固态电解质(亦或者涂敷在隔膜表面),锂离子的迁移方式主要靠固态扩散。
以上就是,固态锂电池优势。总体来看固态电池的发展,电解质可能遵循从液态、半固态、固液混合到固态的路径发展,最后到全固态。