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固态电池三大技术路线的优缺点分析

固态电池按技术路线的不同,主要分为聚合物全固态电池、氧化物全固态电池、硫化物全固态电池三类。

聚合物全固态电池最早在1973年开始研究;氧合物全固态电池更早一些,于1953年就有研究;硫合物全固态电池最早于1981年开始研究。

聚合物全固态电池的主要优点:容易加工,可以制备较大容量的电芯,机械性能较软,各项性能和目前使用的电解液有类似之处,工艺和现在的锂电池比较接近,是最容易利用现有设备通过改造实现量产的固态电池。

聚合物全固态电池的主要缺点:离子电导率最低,必须加热到60度以上,离子电导率才会提升,接近10-3 S/CM,所以需要保持高温的状态。能量密度有局限,由于聚合物是有机物,电化学性能不好,不如其它固态无机固态电池材料,跟磷酸铁锂兼容性好,跟三元兼容性不好,导致能量密度无法提升。

氧合物全固态电池的主要优点:耐受高电压,导电率高于聚合物。氧化物的离子电导率可达到10-5-3 S/CM的级别,但不如液态电解液。典型的代表有LAGP、LATP等氧化物。

氧合物全固态电池的主要缺点:氧化物的机械性能坚硬,如果用其制作电解质片,较容易破裂;与正极活性材料的固-固接触不够好,导致从面接触变成点接触,界面损耗过大;以上缺点造成大容量电芯很难制备,氧化物现在只能跟电解液或者聚合物复合,做成现在所使用的固液混合电池实现电解液含量的降低。

硫合物全固态电池的主要优点:接触性好,所以整体的离子电导率非常好,粒子比较柔软,固固接触容易形成面接触,是所有固态电池材料中唯一能超过液态电解液离子电导率水平的材料,也是全固态电池未来最有可能的技术路线。

硫合物全固态电池的主要优点:产品成本非常高,空气稳定性较差。硫化物化学活性很强,与空气、有机溶剂、正负极活性材料反应都很强,因此界面稳定性较差,导致生产、运输、加工等环节都十分困难,限制了它的广泛应用。

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