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「固態電池」是一種什麽樣的電池,其工作原理與傳統鋰電池有何不同?

2021-01-12汽車

商業化鋰離子電池 [1] 一般采用有機液態電解質或凝膠電解質,易燃易爆的有機液體的引入給電池體系帶來了極大的安全隱患;同時,因有機液體與金屬鋰等高比能量電極材料無法相容,導致電池能量密度的提升受到限制。

因此,采用固態電解質替換電解液,開發高能量密度、高安全性和長迴圈壽命的固態電池是解決上述問題的根本途徑。 固態電池與液態電池的本質區別就是將電解液替換為固態電解質 。 @知識庫

聚合物、無機氧化物和硫化物是固態電解質的三個重要分支 [2]

聚合物固態電解質是由有機聚合物和鋰鹽構成的一類鋰離子導體,具有品質輕、易成膜、黏彈性好等特性。固態聚合物電池可近似看作是將鹽直接溶於聚合物中形成的固態溶液體系,其主要效能由聚合物、鋰鹽和各種添加劑共同決定。

一般認為,固態聚合物電池中的的離子遷移主要發生在非晶相區(ion transport in solid polymer electrolytes mainly occurs in the amorphous regions)。離子主要透過聚合物的鏈間傳遞實作遷移過程,該過程具有很強的溫度依賴性。

無機固體電解質發揮自己單一離子傳導和高穩定性的優勢,用於全固態鋰離子電池中,具有熱穩定性高、不易燃燒爆炸、環境友好、迴圈穩定性高、抗沖擊能力強等優勢,得到了廣泛的關註。

按照物質結構進行劃分,無機固態電解質可以分為晶態和非晶態(玻璃態)兩大類,每一類按照元素組成的不同又可分為氧化物和硫化物 [3]

在無機電解質中,鋰離子傳導往往依賴於晶體結構的缺陷(defects)。點缺陷(point defects)模型往往用來理解在無機電解質中的傳導機理。

蔚來汽車最新釋出將在新車型上使用續航裏程超1000公裏的「固態電池」,應該是固液混合電池或者半固態電池,也就是同時使用固態電解質和電解液(如圖片中所示, 原位固化固液電解質 )。

就其所說的360wh/kg的超高能量密度來看,單純的原位固化聚合物固液電解質也是不能實作的,大機率是聚合物復合電解質,透過加入無機陶瓷填料來提升其效能 [4]

參考

  1. ^ 李楊,丁飛,桑林,劉興江.固態電池研究進展[J].電源技術,2019,43(07):1085-1089.
  2. ^https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/d0cs00305k#!divAbstract
  3. ^ 朱冠楠,湯艷萍,馮奇.下一代車用新型固態電池研究綜述[J].上海汽車,2017(05):2-8.
  4. ^ 張舒, 王少飛, AXE剛, 高健, 吳嬌楊, 肖睿娟, 李泓, 陳立泉. 鋰離子電池基礎科學問題(X)——全固態鋰離子電池[J]. 儲能科學與技術, 2014, 3(4): 376-394. http://www.energystorage-journal.com/CN/10.3969/j.issn.2095-4239.2014.04.012