商业化锂离子电池 [1] 一般采用有机液态电解质或凝胶电解质,易燃易爆的有机液体的引入给电池体系带来了极大的安全隐患;同时,因有机液体与金属锂等高比能量电极材料无法兼容,导致电池能量密度的提升受到限制。
因此,采用固态电解质替换电解液,开发高能量密度、高安全性和长循环寿命的固态电池是解决上述问题的根本途径。 固态电池与液态电池的本质区别就是将电解液替换为固态电解质 。 @知识库
聚合物、无机氧化物和硫化物是固态电解质的三个重要分支 [2] 。
聚合物固态电解质是由有机聚合物和锂盐构成的一类锂离子导体,具有质量轻、易成膜、粘弹性好等特性。固态聚合物电池可近似看作是将盐直接溶于聚合物中形成的固态溶液体系,其主要性能由聚合物、锂盐和各种添加剂共同决定。
一般认为,固态聚合物电池中的的离子迁移主要发生在非晶相区(ion transport in solid polymer electrolytes mainly occurs in the amorphous regions)。离子主要通过聚合物的链间传递实现迁移过程,该过程具有很强的温度依赖性。
无机固体电解质发挥自己单一离子传导和高稳定性的优势,用于全固态锂离子电池中,具有热稳定性高、不易燃烧爆炸、环境友好、循环稳定性高、抗冲击能力强等优势,得到了广泛的关注。
按照物质结构进行划分,无机固态电解质可以分为晶态和非晶态(玻璃态)两大类,每一类按照元素组成的不同又可分为氧化物和硫化物 [3] 。
在无机电解质中,锂离子传导往往依赖于晶体结构的缺陷(defects)。点缺陷(point defects)模型往往用来理解在无机电解质中的传导机理。
蔚来汽车最新发布将在新车型上使用续航里程超1000公里的「固态电池」,应该是固液混合电池或者半固态电池,也就是同时使用固态电解质和电解液(如图片中所示, 原位固化固液电解质 )。
就其所说的360wh/kg的超高能量密度来看,单纯的原位固化聚合物固液电解质也是不能实现的,大概率是聚合物复合电解质,通过加入无机陶瓷填料来提升其性能 [4] 。
参考
- ^ 李杨,丁飞,桑林,刘兴江.固态电池研究进展[J].电源技术,2019,43(07):1085-1089.
- ^https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cs/d0cs00305k#!divAbstract
- ^ 朱冠楠,汤艳萍,冯奇.下一代车用新型固态电池研究综述[J].上海汽车,2017(05):2-8.
- ^ 张舒, 王少飞, 凌仕刚, 高健, 吴娇杨, 肖睿娟, 李泓, 陈立泉. 锂离子电池基础科学问题(X)——全固态锂离子电池[J]. 储能科学与技术, 2014, 3(4): 376-394. http://www.energystorage-journal.com/CN/10.3969/j.issn.2095-4239.2014.04.012