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新能源电池技术之固态电池

行业资讯 / 2021-09-17 11:17

本文摘要:泉源 | 传感器技术 锂离子电池的结构示意图 什么是固态电池 全固态电池到底是一种什么样的技术? 现在包罗韩国三星、日本丰田和我国宁德时代在内的众多电池和汽车厂商都加大了固态电池研发投入已有部门电池进入装车测试阶段。只管前景可期但由于技术和工艺上的种种问题生长固态电池的门路绝非一帆风顺。 实际上以上所说的几个宁静方面的问题都是与我们现在电池用的有机体系的电解液直接相关的。 作为固态电池的焦点质料现在在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破但综合性能尚不能满足大规模储能需求。

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泉源 | 传感器技术

锂离子电池的结构示意图

什么是固态电池

全固态电池到底是一种什么样的技术?

现在包罗韩国三星、日本丰田和我国宁德时代在内的众多电池和汽车厂商都加大了固态电池研发投入已有部门电池进入装车测试阶段。只管前景可期但由于技术和工艺上的种种问题生长固态电池的门路绝非一帆风顺。

实际上以上所说的几个宁静方面的问题都是与我们现在电池用的有机体系的电解液直接相关的。

作为固态电池的焦点质料现在在固体锂离子导体的单一指标上已有所突破但综合性能尚不能满足大规模储能需求。

现今固态电池接纳的固态电解质普遍存在性能短板距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。

实际上以种种可穿着设备为代表的柔性电子器件是下一代电子产物生长的重要偏向而这就要求该产物中的元件同样需要具有柔性因此柔性全固态电池是科研与工业界中很是有前景的明日之星。

一般来说锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等部门组成其中电解液使得电流可以在电池内部以离子形式传导。

(韩国KAIST制备的典型叠层结构的柔性全固态电池)

在固体电解质中锂离子传输阻抗很大与电极接触的刚性界面接触面积小在充放电历程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。

相应的全固态电池在轻薄化后柔性水平也会有显着的提高通过使用适当的封装质料(不能是钢性的外壳)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。

苹果从2012年就开始努力结构固态电池及充电技术的专利2013年收购了Infinite Power Solutions。近两三年汽车厂结构固态电池的消息大幅浮上台面像是丰田对外宣示将在2022年对外销售搭载固态电池的电动车。

另外公共汽车(Volkswagen)投资了由《麻省理工科技评论》 TR35 青年创业家 Jagdeep Singh 到场建立的固态电池初创公司QuantumScape去年6月加码投资并取得 QuantumScape 一席董事预计在 2025 年建设固态锂电池产线。

其中Li+(锂离子)在内电路中通过电解质(electrolyte)传导。

使用了全固态电解质后锂离子电池的适用质料体系也会发生改变其中焦点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显着减轻负极质料的用量使得整个电池的能量密度有显着提高。

固态电池的优势

优势之一:薄--体积小

市场关注的固态电池公司一览

此外许多新型高性能电极质料可能之前与现有的电解液体系的兼容性并欠好可是在使用全固态电解质后该问题可以获得一定的缓解。

再次恒久使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池生长的瓶颈。固态电池在服役历程中结构与界面会随时间发生退化但退化对电池综合性能的影响机制尚不明确难以实现长效应用。

(拉伸变形度可达300%全固态电池的结构示意图)

那么说来说去相比于我们生活中最常见的普通锂离子电池全固态电池的优点主要有哪些呢?

(太阳能电池和超级电容器一体集成纤维状器件示意图)

全固态电池可以经由进一步的优化酿成柔性电池从而带来更多的功效和体验。

而已往的电池大国日本陆续舍弃掉锂电池后已经将研究重点转向固态电池日本科学技术振兴机构(JST)、日本新能源工业技术开发机构(NEDO)都努力推动这些动态让外界开始关注这项技术。

所以构建高性能固态电池需要从两方面入手一是构建高性能的固态电解质二是提高界面的相容性和稳定性。

从能量密度的数据上看或许全固态电池真的有希望让我们的生活从“一天一充”升级到“两天一充”。

优势之二:柔性化的前景

如果通俗地讲就是体积能量密度高了因此相同质。


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