
1. 锂离子电池以其高能量密度、长循环寿命、低自放电率和无记忆效应等优势,在各类储能场景中占据重要地位。
2. 随着锂离子电池应用范围的扩大,其安全性与能量密度的提升需求日益迫切。
3. 当前,锂离子电池主要依靠有机液态电解液传递锂离子,但在电池过热、短路、过充、机械损伤等情况下,液态电解液易燃、易挥发的特性极易引发热失控、起火、爆炸等安全隐患。
4. 提高电池安全性成为行业发展的首要任务。
5. 研究人员正从电池结构和材料体系两个层面进行创新,以期解决液态锂离子电池的能量密度瓶颈和安全隐患问题。
6. 全固态锂电池作为下一代锂离子电池技术的热门方向,展现出巨大的发展潜力。
7. 全固态锂电池通过使用固态电解质替代液态电解液,不仅有效解决了液态电解液带来的安全问题,还能大幅提高能量密度,满足未来更高效储能的需求。
8. 全固态锂电池的核心在于固态电解质,它具有高热稳定性、化学稳定性和杨氏模量,能够有效抑制锂枝晶的生长,并实现锂离子的高效传输,从而降低电池的热失控风险。
9. 固态电解质的使用简化了电池的封装过程,减少了非活性材料的使用,有助于提高系统体积和质量能量密度。
10. 在固态电解质研究方面,已开发出聚合物、无机物和有机/无机复合电解质等不同类型的材料。
11. 无机固态电解质,如氧化物和硫化物电解质,显示出较高的离子电导率和优异的化学稳定性,被认为是全固态锂电池的理想候选材料。
12. 氧化物固态电解质,如LLTO、LLZO等,室温下离子电导率在10^-4~10^-3 S/cm范围内,通过元素掺杂和优化制备工艺,可进一步提升其电导率。
13. 硫化物固态电解质,如Li6PS5X、LGPS等,以其较高的离子电导率和热稳定性而受到关注。
14. 然而,硫化物电解质在空气中不稳定,合成、储存和加工过程中需要严格的无水条件,这增加了其规模化生产和应用的复杂性和成本。
15. 有机/无机复合固态电解质结合了无机填料和聚合物基体的优点,通过提高离子电导率、抑制枝晶生长、增强机械性能和改善界面稳定性,克服了单一材料的局限性,为全固态锂电池的开发提供了新的途径。
16. 全固态电池面临的主要挑战包括离子电导率低、固-固物理接触差、界面化学/电化学副反应、不均匀锂沉积/剥离等问题。
17. 解决这些问题需要进一步优化固态电解质的结构、提高界面兼容性、改进电池设计和制备工艺,以实现全固态电池的商业化应用。
18. 当前,固态电解质的全方位电化学性能测试技术得到了发展,如SEMS1100测试系统,可用于粉末制片、离子电导率测试、电子电导率&压实密度测试、固态锂金属电池循环性能测试以及电化学稳定窗口测试等,为全固态电池的研究提供了重要的实验支撑。
19. 综上所述,全固态锂电池作为锂离子电池的未来发展方向,通过技术创新和材料体系的优化,有望解决当前锂离子电池在安全性和能量密度方面的问题,为储能技术的进步和新能源汽车等领域的应用提供更安全、高效、可持续的解决方案。