簡單分解全固態鋰電池的優缺點

所謂全固態鋰電池簡單來說就是指電池結構中所有組建都是以固態形式存在，而如今傳統的商業化的鋰電池則是液態鋰電池即電解液是液態溶液狀。詳盡來說就是把傳統鋰電池的液態電解液和隔膜替換為固態電解質，一般是以鋰金屬為負極，也可是石墨類及其他復合材料

1.1比較各自的優缺點如下：

液態電解質

優勢：a.工業化自動化程度高;b.較好的界面接觸;c.充放電循環電極膨脹相對可控;d.單位面積的導電率高

缺點：a.易揮發易燃燒的電解質導致其安全/熱穩定性較差;b.依靠于形成SEI膜;c.鋰離子和電子可能同時傳導。

全固態電解質

優勢：a.高安全/熱穩定性(針刺和高溫穩定性極好，可長期正常工作在60-120℃條件下);b.可達5V以上的電化學窗口，可匹配高電壓材料;c.只傳導鋰離子不傳導電子;d.由于固態電解質存在可以在電池內串聯組成高電壓的單體電池;e.簡化冷卻系統，提高能量密度;e.可使用在超薄柔性電池范疇

缺點：a.充放電過程中界面應力受影響;b.單位面積離子電導率較低，常溫下比功率差;c.成本極為昂貴(1mAh成本為25美金);d.工業化加工大容量電池有很大困難

全固態鋰電池未來有可能在3C小型電子設備上獲得實際使用，大型動力鋰離子電池或許并不是其適用范疇。依據當前國際上全固態鋰電池的研究和發展狀況，并不認為在將來5-10年之內全固態鋰電池有大規模商業化的可能性。

這里要強調的是，關于上述鋰電安全性和能量密度問題的認識和理解，要具備相當的電化學專業知識以及資深的鋰電加工踐行，由于篇幅的限制筆者這里不再贅述。

比較鋰離子動力鋰離子電池和燃料動力電池，我們可以看到，鋰離子動力鋰離子電池能量密度進一步提升的空間非常有限。倘若從最基本電化學原理的角度沉思，這個問題并不難理解，二次電池的能量密度新增并不遵循摩爾定律。

能量密度更高的新型化學電源體系目前還都處于基礎研究階段，產業化前景仍舊很不明朗。相對而言，PEMFC的能量密度問題并不是很突出，即便是通過最簡單的新增儲氫罐數量來保證續航里程，可操作性也相比較較容易。

我們也可以從另外一個角度進行沉思，二次電池非得向全密封系統發展而力求做到免維護(對鋰電而言則是絕對非得)，而正是因為二次電池是個密封系統，才決定了它的能量密度不可能很高。否則的話，一個密閉的高能體系在本質上跟炸彈有何差別？

相比于傳統的鋰電池，固態鋰電池具有顯著優勢：

(1)高安全性能：傳統鋰電池采用有機液體電解液，在過度充電、內部短路等異常的情況下，電池容易發熱，造成電解液氣脹、自燃甚至爆炸，存在嚴重的安全隱患。而很多無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態電解液，電池安全性也大幅提高。

(2)高能量密度：固態鋰電池負極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達到300～400Wh/kg甚至更高;其電化學穩定窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極材料，進一步提升質量能量密度;沒有液態電解質和隔膜，減輕電池重量，壓縮電池內部空間，提高體積能量密度;安全性提高，電池外殼及冷卻系統模塊得到簡化，提高系統能量密度。

(3)循環壽命長：有望戒備液態電解質在充放電過程中繼續形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環性和使用壽命。

(4)工作溫度范圍寬：固態鋰電池針刺和高溫穩定性極好，如全部采用無機固體電解質，最高操作溫度有望達到300℃，從而戒備正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。

(5)加工效率提高：無需封裝液體，支持串行重疊排列和雙極機構，可減少電池包中無效空間，提高加工效率。

(6)具備柔性優點：全固態鋰電池可以制備成薄膜電池和柔性電池，相關于柔性液態電解質鋰電池，封裝更為容易、安全，將來可使用于智能穿戴和可植入式醫療設備等。

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