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昨天和大家分享了動(dòng)力電池系列的第二部分：材料體系演進(jìn)之摻硅補(bǔ)鋰

今天和大家分享第三部分：材料體系演進(jìn)之固態(tài)鋰電池

目前商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子液態(tài)電解液的問題在于容易燃燒，并存在漏液現(xiàn)象， 同時(shí)液態(tài)電解液容易與正負(fù)極發(fā)生副反應(yīng)生成鋰枝晶。鋰枝晶在生長(zhǎng)過程中會(huì)不斷消耗電解質(zhì)，生成不可逆轉(zhuǎn)的金屬鋰從而降低電池效率，并有可能穿破隔膜導(dǎo)致電池短路。

固態(tài)鋰電池(Solid-State-Lithium-Battery)技術(shù)的出現(xiàn)可以很好地解決目前液態(tài)鋰電池的痛點(diǎn)。

固態(tài)鋰電池的優(yōu)勢(shì)在于:?

1、安全性高，熱穩(wěn)定性強(qiáng)，自燃風(fēng)險(xiǎn)低。

2、可直接與金屬鋰匹配(最佳負(fù)極材料)，提升電池能量密度(>500 Wh/g)，解 決里程焦慮。

3、?固態(tài)電解質(zhì)(Solid-state electrolyte)可有效抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)，因?yàn)楣虘B(tài) 電解質(zhì)機(jī)械性能較強(qiáng)，鋰枝晶難以穿破電解質(zhì)。

4、?無漏液風(fēng)險(xiǎn)，可對(duì)電池模組進(jìn)行更有效的設(shè)計(jì)排布。

因此，固態(tài)鋰電池不僅可以滿足未來政策對(duì)動(dòng)力鋰電池單體比能量的要求，還 具備了高安全性，長(zhǎng)循環(huán)壽命等優(yōu)點(diǎn)，成為下一代商業(yè)鋰電池的主要研究方向。

全固態(tài)鋰電池由正極，負(fù)極和固態(tài)電解質(zhì)組成，正負(fù)極涂覆于集流體上，固態(tài) 電解質(zhì)位于正負(fù)極之間。正極材料主要有 LiCoO2、 LiFePO4、LiMn2O4 等氧化物，負(fù)極則使用石墨、金屬鋰或鋰合金等材料。

固態(tài)電解質(zhì)的三大基礎(chǔ)分類為聚合物、氧化物和硫化物，三種材料的性能各有利弊。

全固態(tài)鋰電池結(jié)構(gòu)示意圖：

聚合物固體電解質(zhì)(SPE)由聚合物基體和堿金屬鹽組成，聚合物基體包括聚環(huán)氧乙烷，聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯等。

聚合物固體電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)是柔韌性好，加工費(fèi)用低，且能與正負(fù)極形成良好的接觸面，其缺點(diǎn)是室溫下離子電導(dǎo)率低，與金屬鋰匹配時(shí)容易析出鋰枝晶，難滿足商業(yè)需求。

氧化物固體電解質(zhì)主要包括鈉超離子導(dǎo)體(NASICON)型、鈣鈦礦型以及石榴石型。氧化物固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)在于物理化學(xué)穩(wěn)定性好、電導(dǎo)率較高，但由于硬度較大，加工性能差，并且電解質(zhì)與正負(fù)極接觸面積小，界面阻抗比較大。

硫化物電解質(zhì)根據(jù)結(jié)構(gòu)可分為非晶硫化物、結(jié)晶硫化物和玻璃陶瓷硫化物，其 中最典型的代表就是 Li2S-SiS2 基玻璃電解質(zhì)。硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有較高的室溫離子電導(dǎo)率(10-2 S cm-1)，延展性好，工藝流程簡(jiǎn)單且成本較低，但化學(xué)穩(wěn)定性較差，在空氣中易與水發(fā)生反應(yīng)生成 H2S;與金屬鋰負(fù)極和傳統(tǒng)正極材料在界面處發(fā)生副反應(yīng)，降低電池效率。

三種固態(tài)電解質(zhì)的性能參數(shù)比較：

固態(tài)電解質(zhì)類型及優(yōu)缺點(diǎn)匯總：

各家電池巨頭加碼布局固態(tài)鋰電池，固態(tài)鋰電產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速。

2016 年，寧德時(shí)代和比亞迪都宣布了對(duì)固態(tài)鋰電池方向的研發(fā)路徑，并分別計(jì)劃于 2030 年 和 2025 年實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰電池的量產(chǎn)。

2018 年，韓國(guó) SKI 宣布與 LG 化學(xué)、三 星 SDI 組成電池聯(lián)盟，共同研發(fā)固態(tài)鋰電池的核心技術(shù)，LG 化學(xué)計(jì)劃于 2026 年實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，三星 SDI 則計(jì)劃于 2027 年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

2019 年，日本松下與豐田合作研發(fā)固態(tài)電池，同年 8 月，公司與比利時(shí)微電子中心簽訂合作協(xié)議，共同研究固態(tài)電池。

全球鋰電池巨頭企業(yè)在固態(tài)電池領(lǐng)域布局情況：

動(dòng)力電池系列的第三部分的內(nèi)容就分享到這里，明天和大家分享第四部分的內(nèi)容：材料體系演進(jìn)之富鋰錳基

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