一種使用固體正負極和固體電解質(zhì)的固態(tài)電池發(fā)展解析

在生活中，你可能接觸過各種各樣的電子產(chǎn)品，那么你可能并不知道它的一些組成部分，比如它可能含有的固態(tài)電池，那么接下來讓小編帶領(lǐng)大家一起學習固態(tài)電池。

固態(tài)電池是使用固態(tài)正極和負極以及固態(tài)電解質(zhì)的電池，不包含任何液體，并且所有材料均由固態(tài)材料組成。主要優(yōu)點是三：第一，安全性高，沒有自燃和爆炸的危險;其次，能量密度高，有望徹底解決電動汽車行駛里程的焦慮感;第三，循環(huán)壽命長，工作溫度范圍寬，充電快。根據(jù)電解質(zhì)材料的選擇，固態(tài)電池可分為三個主要系統(tǒng)：聚合物，氧化物和硫化物。

安全性是全固態(tài)鋰電池發(fā)展的最重要驅(qū)動力之一。電池安全性對于所有應(yīng)用的重要性均位居第一。電池安全性的核心問題是防止熱失控和熱擴散。熱失控的條件是熱量的產(chǎn)生速率大于散熱率，并且同時電池單元中的材料在高溫下會發(fā)生一系列熱失控反應(yīng)。因此，如果電池單元可以在高溫下工作，或者發(fā)生熱失控的初始溫度顯著高于電池的正常工作溫度，則應(yīng)在過熱，高電流和大電流方面大大提高電池單元的安全性。內(nèi)部短路。

自從全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)出現(xiàn)以來，來自各國的研究人員對此表示了極大的研究興趣。研究內(nèi)容已從最初的電池充電和放電原理逐漸擴展到電池設(shè)計，高性能固態(tài)隔板材料等等。許多世界知名的電子公司，例如韓國的三星電子，也已經(jīng)開始將全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)與公司的智能手機，汽車和其他產(chǎn)品有機地整合在一起，然后充分利用其的經(jīng)濟價值和使用價值。這項技術(shù)。在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)的商業(yè)推廣。

聚合物固態(tài)電解質(zhì)率先實現(xiàn)應(yīng)用，但存在高成本和低電導率兩個致命問題。氧化物固態(tài)電解質(zhì)綜合性能好，LiPON薄膜型全固態(tài)電池已小批量生產(chǎn)，非薄膜型已嘗試打開消費電子市場。硫化物固態(tài)電解質(zhì)電導率最高，研究難度最高，開發(fā)潛力最大，如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。

對于針刺、擠壓類的安全性要求，需要電芯在任一充放電深度(SOC)，全壽命周期下都不會因為內(nèi)短路和遇到空氣中的氧、水、氮氣而發(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)或其它放熱的化學及電化學反應(yīng)。根據(jù)目前的研究報道，硫化物、聚合物的化學及電化學穩(wěn)定性還需要進一步提高。

構(gòu)建良好的界面接觸是提高固態(tài)電池電化學性能的有效策略。固相界面間無潤濕性，難以充分接觸，形成更高的接觸電阻，在循環(huán)過程中發(fā)生元素互擴散及形成空間電荷層等現(xiàn)象，影響電池性能。晶態(tài)電解質(zhì)中存在大量晶界，高晶界電阻不利于鋰離子在正負極間的傳輸。

實際上，與液體電解質(zhì)電池相比，沒有報道表明固體電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池的綜合電化學性能超過液體。當前的研究重點是解決所有固態(tài)鋰電池的循環(huán)，速率特性和熱特性。關(guān)于失控和熱擴散行為的測試數(shù)據(jù)仍然很少。關(guān)于固態(tài)電池安全性的研究很少，但大多數(shù)安全性測試是用火焰燃燒電解質(zhì)或研究加熱條件下材料的微觀結(jié)構(gòu)變化或加強金屬鋰與固體電解質(zhì)之間的界面。電池經(jīng)過整體安全測試。

使用固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池可以從根本上解決現(xiàn)有鋰離子電池的安全問題，并為實現(xiàn)高安全性，高比能量和長壽命的儲能系統(tǒng)提供可行的發(fā)展方向。設(shè)計和制備無機/聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，在各相之間的界面建立快速的離子傳輸通道，并通過多種組分之間的協(xié)同作用獲得互補優(yōu)勢。復(fù)合電解質(zhì)是實現(xiàn)機械加工性能，離子電導率和電化學穩(wěn)定性的固體電解質(zhì)系統(tǒng)的最佳選擇之一。

顯然，全固態(tài)鋰離子電池是否真正解決了鋰離子電池的本質(zhì)安全性，還需要更廣泛，更深入的研究和數(shù)據(jù)積累。目前尚無法斷言，在整個生命周期中，全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池的安全性將明顯優(yōu)于優(yōu)化的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池，并且基于不同固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池可能還會在安全性方面存在明顯差異，這需要系統(tǒng)研究。

相信通過閱讀上面的內(nèi)容，大家對固態(tài)電池有了初步的了解，同時也希望大家在學習過程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的設(shè)計水平。