全固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)

傳統(tǒng)的鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、隔膜、電解液、結(jié)構(gòu)殼體等部分組成，而全固態(tài)電池顧名思義就是電池里沒(méi)有氣體、液體，所有材料都以固態(tài)形式存在，用固體電解質(zhì)來(lái)代替現(xiàn)有鋰離子電池中使用的液體成分。使用固態(tài)電解質(zhì)后，全固態(tài)電池相比于一般鋰離子電池，可以實(shí)現(xiàn)更輕的質(zhì)量、更小的體積，能量密度也有較大提升。

（1）與商用鋰離子電池相比，全固態(tài)電池最突出的優(yōu)點(diǎn)是安全性。固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液?jiǎn)栴}，因而全固態(tài)電池具有固有安全性和更長(zhǎng)的使用壽命。

（2）固態(tài)電池有望獲得更高的能量密度。能量密度是比容量和電池電壓的乘積。固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)一步拓寬電池的電壓范圍。在發(fā)展大容量電極方面，固態(tài)電解質(zhì)能阻止鋰枝晶生長(zhǎng)，因而也就從根本上避免了電池的短路現(xiàn)象，使金屬鋰用作負(fù)極成為可能。對(duì)于鋰—硫電池，固態(tài)電解質(zhì)可阻止多硫化物的遷移。對(duì)于鋰—空氣電池，固態(tài)電解質(zhì)可以防止氧氣遷移至負(fù)極側(cè)消耗金屬鋰負(fù)極。

（3）固態(tài)電池有望獲得更高的功率密度。固態(tài)電解質(zhì)以鋰離子作為單一載流子，不存在濃差極化，因而可工作在大電流條件，提高電池的功率密度。

（4）固態(tài)材料內(nèi)在的高低溫穩(wěn)定性，為全固態(tài)電池工作在更寬的溫度范圍提供了基本保證。

（5）固態(tài)電池還具有結(jié)構(gòu)緊湊、規(guī)�？烧{(diào)、涉及彈性大等特點(diǎn)。固態(tài)電池既可以設(shè)計(jì)成厚度僅幾微米的薄膜電池，用于驅(qū)動(dòng)微型電子器件，也可以制成宏觀體型電池，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車、電網(wǎng)儲(chǔ)能等領(lǐng)域，并且在這些應(yīng)用中，電池的形狀也可根據(jù)具體需求進(jìn)行設(shè)計(jì)。

固態(tài)電解質(zhì)材料

對(duì)于全固態(tài)鋰電池，特別是能適應(yīng)于未來(lái)電動(dòng)汽車、大規(guī)模儲(chǔ)能應(yīng)用的體型電池，采用的固態(tài)電解質(zhì)應(yīng)滿足以下要求。

（1）具有高的室溫導(dǎo)電率（>10-4S/cm）。

（2）電子絕緣（Li+遷移數(shù)近似為1）。

（3）電化學(xué)窗口寬（相對(duì)于Li+/Li大于6V）。

（4）與電極材料相容性好。

（5）熱穩(wěn)定性好、耐潮濕環(huán)境、機(jī)械性能優(yōu)良。

（6）原料易得，成本較低，合成方法簡(jiǎn)單。

固態(tài)電池投資熱潮已至

固態(tài)電池的出現(xiàn)，給予電動(dòng)車發(fā)展更多可能，對(duì)于這樣一個(gè)可以在性能和安全上實(shí)現(xiàn)更好平衡的電池新技術(shù)，各國(guó)政府及企業(yè)也給予了相關(guān)重視。

日本：日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）于2018年對(duì)外宣布，該國(guó)部分企業(yè)及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將在未來(lái)5年內(nèi)聯(lián)合研發(fā)下一代電動(dòng)車全固態(tài)鋰電池，力爭(zhēng)早日應(yīng)用于新能源產(chǎn)業(yè)。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資100億日元，豐田、本田、日產(chǎn)、松下等23家汽車、電池和材料企業(yè)，以及京都大學(xué)、日本理化研究所等15家學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)將共同參與研究，計(jì)劃到2022年全面掌握全固態(tài)電池相關(guān)技術(shù)。

韓國(guó)：韓國(guó)三大蓄電池廠商LG化學(xué)、三星SDI和SK創(chuàng)新于2018年11月對(duì)外宣布，聯(lián)手開(kāi)發(fā)核心電池技術(shù)，將成立一個(gè)規(guī)模1000億韓元的基金，計(jì)劃在固態(tài)電池、鋰金屬電池和鋰硫電池領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)，來(lái)打造下一代電池產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)�，F(xiàn)代汽車也已組建固態(tài)電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并投資了Ionic Materials公司，進(jìn)行固態(tài)電池研發(fā)工作。

德國(guó)：德國(guó)總理默克爾2018年11月曾宣布，計(jì)劃撥發(fā)10億歐元用于支持德國(guó)的一家電池生產(chǎn)商，同時(shí)也將資助一家電池研發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)下一代固態(tài)電池。德國(guó)政府的這一舉措旨在減少德國(guó)車企對(duì)于中日韓電池供應(yīng)商的依賴。而作為德系領(lǐng)頭羊的大眾和寶馬公司也在加速發(fā)展固態(tài)電池。

美國(guó)：美國(guó)能源部曾宣布將2019財(cái)年的獎(jiǎng)勵(lì)金提供給用于“先進(jìn)技術(shù)研究”的車企們，通用和福特都拿到了大筆研究資金。據(jù)悉，美國(guó)政府共向通用汽車投入910萬(wàn)美元，其中200萬(wàn)美元明確表示與固態(tài)電池的研發(fā)有關(guān)。

中國(guó)：中國(guó)在固態(tài)電池領(lǐng)域的研究也已起步，由中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所牽頭承擔(dān)的納米先導(dǎo)專項(xiàng)“全固態(tài)電池”課題已經(jīng)通過(guò)驗(yàn)收；寧德時(shí)代在聚合物固態(tài)鋰金屬電池和硫化物基固態(tài)電池方面分別開(kāi)展了相關(guān)研發(fā)；比亞迪也在積極推進(jìn)固態(tài)電池項(xiàng)目的商用；蔚來(lái)與輝能科技就固態(tài)電池包的生產(chǎn)展開(kāi)合作。此外還有大批科技公司及新材料公司正在進(jìn)行固態(tài)電池的研發(fā)。

由此可見(jiàn)，全固態(tài)電池已經(jīng)成為動(dòng)力電池市場(chǎng)的下一個(gè)風(fēng)口。雖然與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，全固態(tài)電池有其技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但我們也必須看到，這一新技術(shù)還存在著諸多問(wèn)題，如無(wú)法實(shí)現(xiàn)快充、成本偏高、工藝復(fù)雜等。而且，全固態(tài)電池存在著不同技術(shù)路線，那種技術(shù)路線將率先實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化值得期待。

參考資料：

朱敏慧. 全固態(tài)電池，動(dòng)力電池市場(chǎng)的下一個(gè)風(fēng)口？

李君，王青貴等. 固態(tài)電池電解質(zhì)研究近況.

任耀宇. 全固態(tài)鋰電池研究進(jìn)展.

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/星屑）

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