固態電池相比鋰電池實現安全與性能雙提升

2021-04-26 ryder

固態電池相比鋰電池實現安全與性能雙提升。由于科學界普遍認為鋰電池已經到達極限，固態電池于近年被視為可以繼承鋰電池地位的電池。基于安全和能量密度上的優點，固態電池已成為將來鋰電池發展的必經之路。

固態電池相比鋰電池實現安全與性能雙提升

本質上，固態電池的原理和“傳統”的鋰電池是相同的，都是靠著鋰離子在電池的正負兩極之間穿梭往來，實現充放電的功能。不同的是，固態電池中的電解質是固態的，而傳統鋰電池的電解質是液態的。

固態電池最大的優點：重量輕，能量密度高，體積小，更安全。因為它使用的材料不同，所以它要比液態鋰電池輕很多，而且能量密度相對要高，在傳統的鋰電池當中要隔膜和電解液，而它們的重量和體積占比較大，固態電解質可以把正負極之間的距離縮短到幾微米，可以大大降低固態電池的厚度。

1.目前安全性最高

固態電池本質上比現有的鋰電池更安全，能量密度也更高，鋰電池依靠易燃液體電解質將存儲在分子鍵中的化學能量快速轉移至電能中。研究人員將液體電解質轉化為電化學電池內部的固體聚合物，利用了液體和固體的特性以克服當前影響電池設計的關鍵限制。在此種情況下，固態電解質可以戒備金屬形成樹突，從而導致電池短路、過熱和故障。

2.能量密度高

一是電壓平臺提升，負極金屬鋰，正極高電勢材料，電化學窗口5V以上；使用了全固態電解質后，鋰電池可以不必使用嵌鋰的石墨負極，而是筆直使用金屬鋰來做負極，這樣可以大大減輕負極材料的用量，使得整個電池的能量密度有分明提高。

3.循環壽命長

固態電池設計開發相比傳統鋰電池循環壽命達到1200次以上，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

研究人員表示，由于固體更緊密堅固，這種高導電性的固態鋰電池能在更寬的溫度范圍下供電，抵抗物理損傷和高溫的能力更強。研究小組開發的稱為鋰超離子導體（Li10GeP2S12）的新材料，依然用鋰作離子導體，但給它們涂了一層晶體結構層，他們對這種固態鋰電池進行了探測，發現其在導電性能上達到了現有液態鋰電池的水平，而且新電池能在-100℃到100℃之間的溫度范圍內工作。

5.薄膜柔性化

能夠制成體積非常小的電池也是全固態電池技術的一大特色，這可以方便電池適應各種新型小尺寸智能電子設備的使用，而在這一點上傳統的鋰電池的技術是很難達到的。全固態電池可以經過進一步的優化，變成柔性電池，從而帶來更多的功能和體驗。

8.可快速充電

固態電池可在室溫下實現穩定的充電和放電循環，并可同時快速充電。新型固態電池洋溢電僅需1小時。

8.多功能封裝

固態電池的封裝相對簡單，能省掉電池組外殼、冷卻等系統，同時可實現電池柔性化、異形化，依據不同使用場景設計不同形狀，靈活性更強。

9.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。

固態電池引來各大鋰電池廠商爭相布局

據不完全統計，目前全球范圍內致力于固態電池技術研發與使用的車企與動力鋰電池廠商有20多家，其中不少公司都宣布要量產固態電池，并制定了相應的發展路線計劃。國際上，除了大眾汽車，寶馬、豐田、本田、日產、松下等車企及電池公司均在固態電池范疇有所布局。

在國內動力鋰離子電池公司中，清陶能源、寧德時代、贛鋒鋰業、輝能、北京衛藍、卡耐新能源等走在固態電池研發前列。新造車公司中，蔚來汽車、天際汽車、愛馳汽車已分別與輝能科技達成合作，共同研發固態電池。

固態電池可以處理安全性、能量密度以及特殊功能（比如柔性）等需求，目前已經有一部分技術路線接近了工業化的條件，在近幾年內應當會有產品問世。