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全固态锂电池的开发现状

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  • 更新日期:2021-11-03 10:30
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详细介绍
全固态电池是以固态电解质取代传统液体有机电解质的大容量新一代电池,由于其能量密度高和使用寿命长而愈益引人注目。现研发前景较好并形成主流的为Lipon电解质和硫化物玻璃态等高导电率无机固态电解质。

以固态电解质取代传统液体有机电解质,采用固态电解质的大容量新一代电池,即所谓全固态电池,由于其在能量密度提高的同时,还可确保安全性和实现长寿命化。因此,正引起越来越多的重视和关注。

电池的主要组成部分包括蓄能的正极和负极,以及正、负极之间传递导电离子的电解质。从而,为实现锂电池全固态化的关键是固态电解质。目前,从高等院校、科研机构,甚至在企业中,都在热衷于研制全固态化锂电池。早在上世纪90年代,锂离子电池诞生、普及,并处于全固态锂电池研发的关键时期,当时的固态电解质主流是高分子电解质,一般称为聚合物(polymer)电解质或凝胶电解质。

高分子电解质中,锂离子的移动,受侧链的链段运动所支配,可期望的离子导电率为10-4S/cm左右。由于导电性高、电池输入、输出电流密度大而提倡的凝胶电解质,浸渍了高分子的有机溶剂作为可塑剂(增韧剂),因而提高了离子的运动能力,可以说,有机溶剂电解质,性质依旧不变仅将其形状固态化而已。凝胶电解质也是一种重要的聚合物电解质体系,但这是由聚合物电解质吸附电解液、离子液体或其它小分子溶剂形成的,严格讲,还不能算作全固态电解质。

与此相应,现在研究的主流则为无机材料的,无机固体电解质体系庞大。按照其物质结构可分为晶体型和非晶体型(玻璃态)两种,其中晶体型电解质主要包括钙钛矿类(perovskite),结晶锂超离子导体类(LISICON)、钠超离子导体类(NASICON)以及层状Li3N类;非晶体型固体电解质主要包括氧化物玻璃态和硫化物玻璃态以及LiPON类。目前研发前景较好的主要有LiPON电解质和硫化物玻璃态电解质两类。硫化物电解质是导电率高的一类固态电解质,室温下可达10-4~10-3S/cm,且电化学窗口(electric-chemical- window)达5V以上,一直是学术界及产业界关注的重点。

另方面,针对全固态化电池最近期待高的是:具有与有机溶剂电解质性质不同的无机固态电解质。在此情况下,个人(专用)电脑及移动电话等民生用品上使用的锂离子电池,作为混合式电动汽车(HEV)的电源及配置于电力系统的储能装置等,均期望这种无机固态电解质能在电池应用技术中发挥较大作用。

 

 

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