全固态锂离子电池优势
优势之一:轻能量密度高。能量密度的提升原因首先在于使用的电解液/质更少、更薄;然后固态电解质大多数拥有较宽的电化学窗口,因此其可以兼容更多高电压正极材料;不仅如此,全固态电池良好的安全性、高电压化还可以让电池管理系统BMS更为简化,因此最后装车的电池系统能量密度可以提高。
优势之二:薄体积小。小体积/高的体积能量密度的电池关于消费电子品的重要性无需多言,而关于动力锂电池来说,相对紧凑的体积仍然是非常重要的。在传统锂离子电池中,隔膜和电解液加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量,而使用全固态体系,有望将这一部分的占比降低。
优势之三:更安全,可靠性更优。消费电子产品电池用量很少,但是一个手机爆炸事件就让大家议论纷纷。我国近年来的电动汽车方面的政策已经逐渐明朗化,要求提升动力锂电池能量密度,然而在电池高能量密度化,同时要求倍率性能提升背景下,关于电池安全性能的要求只会越来越苛刻。固态电池有望从根本上解决锂枝晶生成、电极材料与电解液存在复杂反应等一系列问题,这样可以明显提升电池服役寿命和使用过程中的可靠性,因此十分重要。
全固态锂离子电池发展前途
目前新能源汽车的发展已经明确上升到国家战略层面,其中动力锂电池是新能源汽车最关键的核心部件,其关键程度可见一斑。在各国政策的引领下,一场全球范围内的全固态锂二次电池技术竞赛已经开启,预计混合固液锂二次电池2020年有望率先进入终端市场,全固态锂二次电池2022年开始进入终端市场,最后随着循环性、倍率、高低温、安全性等综合技术指标的提升,逐渐进入电动汽车市场,而蜂拥而至的研究机构和公司联盟有可能将全固态锂二次电池的面世时间提前。
正是锂离子电池在动力应用方面的突破与实践,特别是新能源汽车的推广与应用,以国内市场为例,2016年是新能源汽车销量增速最快的一年,全年增速达到84%,锂离子电池作为电动汽车的互补产品,销量与行业规模也随之上升。另一方面,锂离子电池在电子产品方面的应用是越来越广泛的,不断的在取代其他类型电池的地位。
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。