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固態(tài)電池三大技術路線對比

時間:2024/10/14閱讀:2917
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固態(tài)電池三大技術路線對比


       固態(tài)電池有三大主流技術路線:聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池、硫化物固態(tài)電池。固態(tài)電池的不同技術路線主要由不同的固態(tài)電解質進行區(qū)分。根據固態(tài)電解質的分類,固態(tài)電解質主要有三大技術路線:


       聚合物電解質、氧化物電解質、硫化物電解質。其中,聚合物電解質屬于有機電解質,氧化物電解質和硫化物電解質屬于無機電解質。理想的固態(tài)電解質材料應該擁有高離子電導率,對鋰金屬具有化學和電化學穩(wěn)定性,能夠很好地抑制鋰枝晶產生,制造成本較低,無需使用稀有金屬等特點。但目前三大技術路線各有優(yōu)缺點,未有能同時滿足以上要求的,在技術突破上仍存在一定的難度。總的來說,硫化物電解質在全固態(tài)電池中頗具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>

       聚合物電解質:聚合物的優(yōu)點是易加工,與現(xiàn)有的電解液生產設備、工藝都比較兼容,機械性能好。其缺點包括:(1)離子電導率太低,需要加熱到 60℃高溫才能正常充放電;(2)化學穩(wěn)定性較差,無法適用于高電壓的正極材料,在高溫下也會發(fā)生起火燃燒的現(xiàn)象;(3)電化學窗口窄,電位差太大時(>4V)電解質易被電解,使得聚合物的性能上限較低。


       氧化物電解質:其優(yōu)點在于具有較好的導電性和穩(wěn)定性,離子電導率比聚合物更高,熱穩(wěn)定性高達1000℃,機械穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性都較好。其缺點包括:(1)相對于硫化物,其離子電導率偏低,使得氧化物固態(tài)電池在性能提升過程中會遇到容量、倍率性能受限等一系列問題;(2)氧化物非常堅硬,導致固態(tài)電池存在剛性界面接觸問題,在簡單的室溫冷壓情況下,電池的孔隙率非常高,可能導致電池無法正常工作。


       硫化物電解質:離子電導率最高,機械性能好,并且電化學穩(wěn)定窗口較寬(5V 以上),工作性能表現(xiàn)優(yōu)異,在全固態(tài)電池中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆F淙秉c包括:(1)界面不穩(wěn)定,容易與正負極材料發(fā)生副反應,造成界面高阻抗,導致內阻增大;(2)在制備工藝層面,硫化物固態(tài)電池的制備工藝比較復雜,且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應產生硫化氫劇毒氣體。


       其中,聚合物電解質發(fā)展最為迅速,技術較成熟,最早推進商業(yè)化應用,已實現(xiàn)小規(guī)模量產,但存在電導率低等缺點,性能上限較低,到目前也并未大面積鋪開。氧化物電解質各方面的性能表現(xiàn)較為均衡,目前進展較快。硫化物電解質的電導率較高,性能表現(xiàn)優(yōu)異,適用于電動車,商業(yè)化潛力大,但研究難度也大,如何保持較高穩(wěn)定性有待解決。對固態(tài)電解質的關鍵問題實現(xiàn)技術突破,將有望加速產業(yè)化的進程。


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