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聚合物锂电池的最终发展方向分析

2022.8.29
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coco5517

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  采用固态电解质的大容量新一代锂电池,即所谓“全固态电池”近来开始受到瞩目。这是由于其在能量密度提高的同时,还可望确保安全性和实现长寿命。对电动车和定制式用大型锂离子充电电池而言,保证安全是最重要的。

  采用有机电解液的传统锂离子充电电池,因有过度充电、内部短路等异常时可能导致电解液发热,有自燃或甚至爆炸的危险。而将有机电解液代之以固态电解质的全固态电池,其安全性可大幅提高。并且,因在理想状态下,固态时锂的扩散速度(离子传导率)较液体电解液时高,理论上认为其可实现更高的输出。

  并且,固态电池包括其制造方式在内,可能会实现突破现有电池概念的特性。例如,因不必封入液体,则电池外装可以简化,从而能以卷对卷(roll-to-roll)方式制造大面积单元。进一步,还可将数层电极层积,并在单元内串联,制作12V或24V的大电压单元等,使此前不可能的电池得以实现。

  电动车和定制式蓄电用大型电池和超大型锂电池,而非迄今为止的主流——便携设备用的小型电池的需求激增,因此要求电池特性的改变,使得研发方向发生重大改变。特别是对电池的安全性与使用寿命,有比现有的锂离子充电电池更加严格的要求。其中,安全性自不待言,固态电池有明显优势;而在延长使用寿命方面,“固态电池的周期寿命特性原本就优异”。

  耐高电压:除了比目前的锂离子充电电池更安全与使用寿命更长,提高能量密度也是固态电池的一个开发主题。使固态电池具有可增加能量密度特征的理由之一是固体电解质电位窗(potential window*)的宽广度。而现有传统的有机电解液,当电池电压接近4V时电解液就开始分解,因此很难提高电池的电压上限。

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