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【深度】全固态电池发展现状和前景展望

2017-03-27 00:17
默菲
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2)很多电解质与锂金属并没有良好的润湿性,生成的界面接触不良,带来了很大的接触电阻——你电解质电导倒是够高,界面电阻超级大,木桶短板出现在这里,因此快充仍然受到了影响需要解决。

3)还有电解质对锂负极以及正极材料存在不稳定的现象,必须要进行改性或者界面优化,才能稳定使用

4)……

因此,还有好多问题需要解决,总体来说,对于全固态电池的研发来说,核心一在于电解质材料本身,二在于界面性能的调控与优化。

通过沉积工艺改善固态电解质与锂的界面接触

问题之三:成本依然偏高,制备工艺不够成熟,电池服役数据收集不全面。全固态电池是未来的重要发展方向已经是业内的共识,但是其技术离成熟还比较远,各家企业都在努力探索合适的制备技术。其实不难发现,全固态电池的电解质制造,固-固界面优化两个核心问题就足够让电池的制备技术与传统锂电池产生较大的差别。该领域技术仍不成熟,设备仅还处于探索阶段,目前只能小规模试制的固态电池,所以固态电池想要大规模使用(在电动汽车上),在综合成本、制备工艺、规模效应降低成本方面还有很多的路要走——但是换一个角度考虑,也说明了有很多的机会,可能是一个动力电池行业的增长点和重要突破口。因此目前已经有相当多的国内外的工业巨头公司、START-UPS正在积极从事这方面技术的开发。

全球全固态电池企业研发的分布图

发展方向与前景

在文章《固态锂电池研发愿景与策略》中,中科院物理所李泓老师和中科院宁波材料所许晓雄老师指出了固态电池的发展路线图。概括一下,从液态电解质到全固态电池的发展是要经历一个过程的:电解质中的电解液含量将逐步下降,从开始的凝胶电解质(如PEO)体系逐渐向半固态发展,最终过渡到真正的全固态电池。而在这一过程中,使用的负极材料也将不断深化,预锂化负极,乃至无数科学家们已经探索多年的锂金属负极将成为我们的最终目标。在此过程中,电池的能量密度才能最终达到350,乃至500Wh/kg的愿景。

从液态锂离子到全固态金属锂电池逐步发展路线图

A roadmap from tranditional lithium ion batteries to solid-state lithium batteries

实际上,做出几块原型电池还好,量产的电池想要达到350Wh/kg并不容易。四部委最近刚刚印发的《促进动力电池产业发展行动方案》中,明确2020年,锂离子动力电池单体要达到300Wh/kg,这对于动力电池来说绝非易事,而固态电池技术很可能是为数不多的有希望的解决方案。在此,我们也呼吁社会各界有识之士,共同参与、支持固态动力电池事业的发展,为中国制造的升级贡献自己的一份正能量,协助民族工业更好的腾飞。

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