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全固态锂离子电池到底是个什么鬼?

汉水狂客
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日前有海外媒体报道称,宝马正在研发一款更为先进的锂离子电池,这款电池将用固态电解质代替现有的电解液,更轻、更安全、密度更高。据悉,新电池的量产时间或为2026年。看到这则新闻之后第一个想到的就是BMW什么时候才能学会我朝的一贯作风啊?2026年还有9年时间呢,最差也要说(chui)是(niu)2020年量产让我等先兴奋几分钟吧?

先开个玩笑,下面言归正传。新闻里讲的更为先进的电池就是传说中的全固态锂离子电池。今天就跟大家简单聊聊全固态锂离子电池的现状和未来,一起看看全固态锂离子电池到底是个什么鬼。

1. 与传统锂离子电池的基本区别

图1 液态锂离子电池(左),固态锂离子电池(右)

所谓全固态锂离子电池简单来说就是指电池结构中所有组建都是以固态形式存在,而如今传统的商业化的锂离子电池则是液态锂离子电池即电解液是液态溶液状。具体来说就是把传统锂离子电池的液态电解液和隔膜替换为固态电解质,一般是以锂金属为负极,也可是石墨类及其他复合材料,结构如图1所示。

1.1对比各自的优缺点如下:

液态电解质

优点:a.工业化自动化程度高; b.较好的界面接触; c.充放电循环电极膨胀相对可控; d.单位面积的导电率高

缺点:a.易挥发易燃烧的电解质导致其安全/热稳定性较差; b.依赖于形成SEI膜; c.锂离子和电子可能同时传导。

全固态电解质

优点:a.高安全/热稳定性(针刺和高温稳定性极好,可长期正常工作在60-120℃条件下); b.可达5V以上的电化学窗口,可匹配高电压材料; c.只传导锂离子不传导电子; d.由于固态电解质存在可以在电池内串联组成高电压的单体电池; e.简化冷却系统,提高能量密度; e.可使用在超薄柔性电池领域

缺点:a.充放电过程中界面应力受影响; b.单位面积离子电导率较低,常温下比功率差; c.成本极为昂贵(1mAh成本为25美金);d.工业化生产大容量电池有很大困难

图2全固态电池的安全性能

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