一種使用固體正負(fù)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(guò)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(lái)讓小編帶領(lǐng)大家一起學(xué)習(xí)固態(tài)電池。

固態(tài)電池是使用固態(tài)正極和負(fù)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(diǎn)是三：第一，安全性高，沒(méi)有自燃和爆炸的危險(xiǎn);其次，能量密度高，有望徹底解決電動(dòng)汽車(chē)行駛里程的焦慮感;第三，循環(huán)壽命長(zhǎng)，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(gè)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(dòng)力之一。電池安全性對(duì)于所有應(yīng)用的重要性均位居第一。電池安全性的核心問(wèn)題是防止熱失控和熱擴(kuò)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(shí)電池單元中的材料在高溫下會(huì)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(guò)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(lái)，來(lái)自各國(guó)的研究人員對(duì)此表示了極大的研究興趣。研究?jī)?nèi)容已從最初的電池充電和放電原理逐漸擴(kuò)展到電池設(shè)計(jì)，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(guó)的三星電子，也已經(jīng)開(kāi)始將全固態(tài)鋰離子電池技術(shù)與公司的智能手機(jī)，汽車(chē)和其他產(chǎn)品有機(jī)地整合在一起，然后充分利用其的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和使用價(jià)值。這項(xiàng)技術(shù)。在此基礎(chǔ)上實(shí)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(shí)現(xiàn)應(yīng)用，但存在高成本和低電導(dǎo)率兩個(gè)致命問(wèn)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(kāi)消費(fèi)電子市場(chǎng)。硫化物固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率最高，研究難度最高，開(kāi)發(fā)潛力最大，如何保持高穩(wěn)定性是一大難題。

對(duì)于針刺、擠壓類(lèi)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(huì)因?yàn)閮?nèi)短路和遇到空氣中的氧、水、氮?dú)舛l(fā)生劇烈的氧化反應(yīng)或其它放熱的化學(xué)及電化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)目前的研究報(bào)道，硫化物、聚合物的化學(xué)及電化學(xué)穩(wěn)定性還需要進(jìn)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(xué)性能的有效策略。固相界面間無(wú)潤(rùn)濕性，難以充分接觸，形成更高的接觸電阻，在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生元素互擴(kuò)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(fù)極間的傳輸。

實(shí)際上，與液體電解質(zhì)電池相比，沒(méi)有報(bào)道表明固體電解質(zhì)全固態(tài)鋰電池的綜合電化學(xué)性能超過(guò)液體。當(dāng)前的研究重點(diǎn)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(kuò)散行為的測(cè)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(cè)試是用火焰燃燒電解質(zhì)或研究加熱條件下材料的微觀(guān)結(jié)構(gòu)變化或加強(qiáng)金屬鋰與固體電解質(zhì)之間的界面。電池經(jīng)過(guò)整體安全測(cè)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(wèn)題，并為實(shí)現(xiàn)高安全性，高比能量和長(zhǎng)壽命的儲(chǔ)能系統(tǒng)提供可行的發(fā)展方向。設(shè)計(jì)和制備無(wú)機(jī)/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(guò)多種組分之間的協(xié)同作用獲得互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)。復(fù)合電解質(zhì)是實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工性能，離子電導(dǎo)率和電化學(xué)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(wú)法斷言，在整個(gè)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(huì)在安全性方面存在明顯差異，這需要系統(tǒng)研究。

相信通過(guò)閱讀上面的內(nèi)容，大家對(duì)固態(tài)電池有了初步的了解，同時(shí)也希望大家在學(xué)習(xí)過(guò)程中，做好總結(jié)，這樣才能不斷提升自己的設(shè)計(jì)水平。