全固态锂电池具备哪些优势？
来源：宝鄂实业
2019-10-14 19:20
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全固态锂电池概述
传统的锂离子电池使用有机液体电解质。在过度充电和内部短路的异常情况下，电池容易发热，导致电解液膨胀、分解、自燃甚至爆炸。存在严重的安全隐患。这也是目前三元材料的一个短板。以固体电解液为基础的固态锂电池，采用固体电解液，不含易燃、易挥发成分，完全消除了电池因泄漏而产生的烟雾和火灾等安全隐患，被称为最安全的电池系统。
在能源密度方面，中国、美国和日本政府希望在2020年开发400-500wh/kg的原型装置，并在2025-2030年实现大规模生产。根据目前材料系统的发展路线，最有可能的是采用金属锂阳极。传统液态锂离子电池存在枝晶、粉化、sei不稳定、表面副反应多等技术问题。固体电解质与金属锂的相容性使锂作为阳极成为可能，从而显著提高了能量密度。
从时间节点上看，全固态锂金属电池比液态锂离子电池要早，但在早期，全固态锂金属电池的电化学性能、安全性和工程制造已经不能满足应用要求。通过不断的改进，液态锂离子电池的综合技术指标逐渐满足了消费电子市场的应用需求，并被越来越多的市场所接受。从技术发展趋势来看，与液态锂离子电池相比，全固态锂金属电池具有安全性能好、能量密度高、循环寿命长等优点。
2.全固态锂二次电池的可能优势
与液态锂离子电池相比，全固态锂电池的优点包括：
（1）安全性能高
由于液体电解液中含有易燃的有机溶剂，内部短路时温度突然升高容易引起燃烧甚至爆炸，因此需要安装防温、防短路的安全装置结构，增加成本。但仍然不能完全解决安全问题。号称BMS是世界上最好的特斯拉，仅今年一年就在中国发生了S型车的严重火灾。
许多无机固体电解质材料具有不可燃、不腐蚀、不挥发、无泄漏等特点。它们也有望克服锂枝晶现象。因此，基于无机固体电解质的全固态锂二次电池有望具有较高的安全性。但是，与含有易燃溶剂的液体电解质电池相比，聚合物固体电解质电池的安全性也有了很大的提高。
（2）高能量密度
目前市场上锂离子电池的最高能量密度约为300wh/kg。对于所有固态锂电池，如果采用金属锂作为负极，电池的能量密度有望达到300-400wh/kg，甚至更高。需要注意的是，由于固体电解质的密度高于液体电解质，在相同的正负材料体系中，液体电解质的能量密度明显高于全固态锂电池。全固态锂二次电池能量密度高的原因是负极材料可能是金属锂。
（3）循环寿命长
固体电解液有望避免充放电过程中液体电解液的连续形成和生长问题，以及固体电解液边界膜和锂枝晶穿透隔膜的问题，这将大大提高锂离子电池的循环和使用寿命。
（4）工作温度范围宽
如果所有固态锂电池采用无机固体电解质，则最高工作温度有望升至300℃或更高。目前，大容量固态锂电池的低温性能有待提高。特定电池的工作温度范围主要与电解液的高低温特性和界面电阻有关。
(5) 电化学窗口宽
全固态锂电池的电化学稳定窗口宽，有可能达到5V，适应于高电压型电极材料，有利于进一步提高能量密度。目前主流的三元电池在4.2V-4.5V之间。
(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，未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等。相对于柔性液态电解质锂电池，封装更为容易、安全。
