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固态锂电池的技术路径和研究热点

发布时间:2018-06-15 09:11:43浏览次数:1515次

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      固态电解质材料技术路径

  电解质材料的性能很大程度上决定了电池的功率密度、循环稳定性、安全性能、高低温性能及使用寿命。常见的固态电解质可分为聚合物类电解质和无机物电解质两大类。

  聚合物固态电解质

  由于聚氧乙烯(PEO)相比于其它聚合物基体具有更强的解离锂盐的能力, 且对锂稳定,因此目前研究热点以PEO及其衍生物为主。

  聚合物电解质润湿电极能力差, 活性材料脱嵌锂必须通过极片传输到电极表面进行, 使得电池工作过程中极片内活性物质的容量不能完全发挥,将电解质材料混入电极材料中或者替代粘结剂, 制备成复合电极材料, 填补电极颗粒间的空隙, 模拟电解液润湿过程, 是提高极片中锂离子迁移能力及电池容量发挥的一个有效方法。PEO 基电解质由于结晶度高,导致室温下导电率低,因此工作温度通常需要维持在 60~85℃,电池系统需装配专门的热管理系统。此外,PEO 的电化学窗口狭窄,难以与高能量密度正极匹配,因此需对其改性。

固态锂电池的技术路径和研究热点

  目前成熟度最高的BOLLORE的PEO基电解质固态电池已经商用,于英国少量投放城市租赁车,其工作温度要求60~80℃,正极采用LFP和LixV2O8,但目前Pack能量密度仅为100Wh/kg。

  无机固体电解质

  无机固态电解质主要包括氧化物和硫化物。氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类,其中研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质。

  以LiPON为电解质材料制备的氧化物电池倍率性能及循环性能都比较优异,但正负极材料必须采用磁控溅射、脉冲激光沉积、化学气相沉积等方法制成薄膜电极,同时不能像普通锂离子电池工艺一样加入导电材料,且电解质不能浸润电极, 使得电极的锂离子及电子迁移能力较差,只有正负极层都做到超薄, 电池电阻才能降低。因此, 无机LiPON 薄膜固态锂电池的单个电池容量不高,不适合用于制备Ah级动力电池领域。

  硫化物固态电解质由氧化物固态电解质衍生而来,由于硫元素的电负性比氧元素小,对锂离子的束缚较小,有利于得到更多自由移动的锂离子。同时,硫元素半径大于氧元素,可形成较大的锂离子通道从而提升导电率。目前三星、松下、日立造船+本田、Sony都在进行硫化物无机固态电解质的研发。但空气敏感性、易氧化、高界面电阻、高成本带来的挑战并不容易在短期内彻底解决,因此距离硫化物电解质的全固态锂电池最终获得应用仍有很远距离。

  总之,无机固体电解质发挥单一离子传导和高稳定性的优势,用于全固态锂离子电池中,具有热稳定性高、不易燃烧爆炸、环境友好、循环稳定性高、抗冲击能力强等优势,同时有望应用在锂硫电池、锂空气电池等新型锂离子电池上,是未来电解质发展的主要方向。

  标题:固态锂电池的技术路径和研究热点  地址:http://www.batthr.com/news/hangye/182612.html

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