固態(tài)電池比液態(tài)電池安全 將成為主流？

 近年來(lái)，動(dòng)力電池起火爆炸事故頻發(fā)，據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年共發(fā)生50起鋰電池起火爆炸事件。提高電池的安全性能一直是鋰電人孜孜追尋的課題，而此時(shí)，兼具安全性和高續(xù)航優(yōu)勢(shì)的固態(tài)電池逐漸走進(jìn)大家的視野。

液態(tài)鋰電池安全性亟待提升

液態(tài)鋰電池已成為當(dāng)下最為成熟且使用最廣泛的技術(shù)路線，但其安全性問(wèn)題卻成為業(yè)界當(dāng)前遲遲攻克不下的難題。據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年共發(fā)生了50起鋰電池起火爆炸事件，鋰電池起火爆炸事故頻發(fā)為我們敲響警鐘——鋰電池安全性能亟待提升。

鋰電池為何頻頻起火?究其原因還是電池內(nèi)部的活性物質(zhì)及電解液發(fā)生反應(yīng)，溫度過(guò)高失控導(dǎo)致。固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電池的安全性。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員李泓曾表示，在未來(lái)，很多電池形態(tài)將以全固態(tài)形式出現(xiàn)，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，為提高安全性未來(lái)大體策略就是固態(tài)化。

固態(tài)電池能量密度提升2倍

續(xù)航里程問(wèn)題始終是限制純電動(dòng)車普及的關(guān)鍵因素之一，而電池續(xù)航里程的長(zhǎng)短在很大程度上取決于電池儲(chǔ)能能力即單位體積的能量密度。當(dāng)工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對(duì)電極材料的能量密度提升。目前現(xiàn)有鋰電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負(fù)極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負(fù)極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。所以，要大幅提升鋰電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。此時(shí)，與液態(tài)鋰電池相比能量密度提升2倍的固態(tài)電池脫穎而出。

從理論的提出時(shí)間來(lái)看，固態(tài)電池并不是一個(gè)新的概念。此前，中國(guó)工程院院士陳立泉專門就固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及其優(yōu)越性能進(jìn)行了闡釋，并提出，固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電動(dòng)汽車的安全性，因此他建議應(yīng)大力支持固態(tài)電池的研究、開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。如果能量密度進(jìn)一步提高，大于500瓦時(shí)/公斤的話，從現(xiàn)在開(kāi)始就要考慮固態(tài)鋰電池體系探索研究。

固態(tài)電池受到科研界廣泛關(guān)注

固態(tài)電池或?qū)⒊蔀橄乱徊诫姵匕l(fā)展的主流方向。但固態(tài)電池還面臨生產(chǎn)工藝待提高、成本待下降的發(fā)展瓶頸，為此科研界為此進(jìn)行大量研發(fā)工作。

由美國(guó)前密歇根大學(xué)工程學(xué)教授瑪麗˙塞思特里創(chuàng)辦的Sakti3研發(fā)出了一種使用平板電視與太陽(yáng)能面板制造技術(shù)制成的固態(tài)鋰電池，這種電池因采用“薄膜沉積技術(shù)”，使其造價(jià)僅為目前鋰電池造價(jià)的五分之一，然而能量密度卻是鋰電池的兩倍。

2016年9月，中科院青島生物能源與過(guò)程研究所研發(fā)出高能量密度、高性能全固態(tài)鋰離子電池，已通過(guò)11千米全海深模擬壓力倉(cāng)循環(huán)壓力測(cè)試，將來(lái)有望成為“蛟龍?zhí)?rdquo;等全海深深潛器的理想能量動(dòng)力。該新型全固態(tài)電解質(zhì)膜的電化學(xué)窗口可高達(dá)4.6V，電解質(zhì)熱穩(wěn)定溫度至少能達(dá)到200℃，當(dāng)這種電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰離子電池時(shí)，經(jīng)過(guò)1000次的充放電長(zhǎng)循環(huán)，仍保持92%的容量。即使當(dāng)研究人員對(duì)這種固態(tài)電池進(jìn)行切角和穿釘測(cè)試時(shí)，它仍然可以正常地進(jìn)行充放電。另外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一系列綜合性能優(yōu)異的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，將鋰電池的能量密度提高了兩倍，電動(dòng)車的續(xù)航里程有望提高到450公里以上，應(yīng)用前景極其廣闊。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員們，通過(guò)石榴石作為電解質(zhì)，使得固態(tài)電池電極和電解質(zhì)之間的接觸面積放大，從而實(shí)現(xiàn)了固態(tài)電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫。

美國(guó)SunCulture Solar則將固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用到儲(chǔ)能領(lǐng)域中，其開(kāi)發(fā)的新型一體化太陽(yáng)能電池板，內(nèi)置有固態(tài)低壓電池，并與逆變器無(wú)縫集成。這種完全一體化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可將太陽(yáng)能安裝和儲(chǔ)能總成本降低50%以上。

美國(guó)國(guó)家航空航天局在與邁阿密大學(xué)合作，研制一種新型固態(tài)鋰電池。這種固態(tài)電池的體型比傳統(tǒng)鋰電池更小，可以用在“立方體衛(wèi)星”等微型衛(wèi)星上。

今年1月，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫穩(wěn)定性的鋰電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究、產(chǎn)業(yè)格局。