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固态电池是什么,和传统锂电有什么不一样?

固态电池是一种电池科技。与现今普遍使用的锂离子电池和锂离子聚合物电池不同的是,固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的电池。

由于科学界认为锂离子电池已经到达极限,固态电池于近年被视为可以继承锂离子电池地位的电池。

固态锂电池技术采用锂、钠等制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度,其能量密度是锂离子电池的2倍。

市场预计,2021年固态电池技术研发有望取得突破性进展,在成本、能量密度和生产过程等方面进一步赶超锂离子电池技术。

至2030年,固态电池将是电动汽车电池的主流,锂离子电池将不再是电动汽车电池的主流,但锂离子电池在某些电子原件领域仍有一席之地。

相较传统锂离子电池,固态电池具有四大优势。

优势一是轻。使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变,其中核心的一点就是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度有明显提高。

优势二是薄。传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代(主要有有机和无机陶瓷材料两个体系),正负极之间的距离(传统上由隔膜电解液填充,现在由固态电解质填充)可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低——因此全固态电池技术是电池小型化,薄膜化的必经之路。

优势三是柔性化的前景。即使是脆性的陶瓷材料,在厚度薄到毫米级以下后经常是可以弯曲的,材料会变得有柔性。相应的,全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高,通过使用适当的封装材料(不能是刚性的外壳),制成的电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减。

优势四是更安全。传统锂电池可能发生以下危险:(1) 在大电流下工作有可能出现锂枝晶,从而刺破隔膜导致短路破坏 (2)电解液为有机液体,在高温下发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向都会加剧。采用全固态电池技术,以上两点问题就可以直接得到解决。

不过,固态电池虽然将实现电解质全固态及负极金属锂的蜕变,但电导率,安全性,稳定性及高成本等问题仍需解决。

总的说来,固态电池技术路线逐步发展之际,高镍正极,碳酸锂,硅碳负极等领域企业将因固态电池而产生新机遇,而电解液及隔膜企业将因此产生冲击。

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