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固態電池用什么原材料_固態電池有什么優勢

鉅大LARGE  |  點擊量:1253次  |  2020年03月26日  

摘要
固態電池用什么原材料_固態電池有什么優勢-本文首先闡述了固態電池用什么原材料,其次介紹了固態電池的原理,最后介紹了固態電池的優勢。

固態電池用什么原材料


固態電池是指電池結構中不含液體,所有材料都以固態形式存在的儲能器件,由“正極材料+負極材料”和固態電解質組成。由于固態鋰離子電池具有安全性能好、能量密度高和循環壽命長等優點,是電動汽車理想的動力鋰電池。


固態電池擁有非常顯著的優點,由于固態電解質取代了傳統鋰離子電池中可能燃爆的有機電解液,這解決了高能量密度和高安全性的兩難問題,從而將消除電動汽車用戶的“續航焦慮”,甚至可望實現快速充電。


迄今為止,經過科學家們的不斷努力,固態電池技術應該說已經沒有了不可逾越的技術瓶頸,但也仍然存在著技術難題有待解決?!肮虘B電池的核心技術是達到高離子電導率的固態電解質材料技術以及實現低阻抗固—固界面的先進制造技術?!避囉逻M一步解釋。在固態電解質材料方面,日本東京工業大學的菅野了次教授于2011年發明了室溫下離子電導率》10-2S/cm(超越了傳統有機電解液)的硫化物固態電解質。


這一技術成為了目前在固態電池的產業化方面的龍頭公司豐田汽車的技術基礎。與硫化物固態電解質相比,氧化物固體電解質在高安全性及易生產性方面更具優勢,但室溫下離子電導率的提升仍是世紀難題。


固態電池的原理


傳統的液態鋰離子電池又被科學家們形象地稱為“搖椅式電池”,搖椅的兩端為電池的正負兩極,中間為電解質(液態)。而鋰離子就像優秀的運動員,在搖椅的兩端來回奔跑,在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中,電池的充放電過程便完成了。


固態電池的原理與之相同,只不過其電解質為固態,具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端,傳導更大的電流,進而提升電池容量。因此,同樣的電量,固態電池體積將變得更小。不僅如此,固態電池中由于沒有電解液,封存將會變得更加容易,在汽車等大型設備上使用時,也不要再額外新增冷卻管、電子控件等,不僅節約了成本,還能有效減輕重量。


固態電池有什么優勢


優勢一:輕——能量密度高。使用了全固態電解質后,鋰離子電池的適用材料體系也會發生改變,其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極,而是直接使用金屬鋰來做負極,這樣可以明顯減輕負極材料的用量,使得整個電池的能量密度有明顯提高。


優勢二:薄——體積小。傳統鋰離子電池中,要使用隔膜和電解液,它們加起來占據了電池中近40%的體積和25%的質量。而假如把它們用固態電解質取代(重要有有機和無機陶瓷材料兩個體系),正負極之間的距離(傳統上由隔膜電解液填充,現在由固態電解質填充)可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米,這樣電池的厚度就能大大地降低——因此全固態電池技術是電池小型化,薄膜化的必經之路。


優勢三:柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米級以下后經常是可以彎曲的,材料會變得有柔性。相應的,全固態電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高,通過使用適當的封裝材料(不能是剛性的外殼),制成的電池可以經受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。


優勢四:更安全。傳統鋰離子電池可能發生以下危險:(1)在大電流下工作有可能出現鋰枝晶,從而刺破隔膜導致短路破壞(2)電解液為有機液體,在高溫下發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向都會加劇。采用全固態電池技術,以上兩點問題就可以直接得到解決


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