鋰電池的下一代會是什么電池?
鋰電池的發展方向不僅只是市場消費者關注的問題,更是鋰電池研發制造廠商需要關注和深思問題。在雙向的驅動下,鋰電池的下一代會是什么電池呢?進過鋰電池市場用戶需求的應用反饋和鋰電池研發制造廠商的研究探討,目前鋰電池的下一代大概率會是固態電池。
固態電池從推出概念開始就因為其較高的能量密度和安全性備受電池行業的關注,被很多朋友拿來與鋰電池比較,但是對于不了解電池的朋友來說,很難理解固態電池是什么電池,下面就簡單來介紹一下吧。
全固態鋰電池,是一種使用固體電極材料和固體電解質材料,不含有任何液體的鋰電池,主要包括全固態鋰離子電池和全固態金屬鋰電池,差別在于前者負極不含金屬鋰,后者負極為金屬鋰。
全固態鋰電池的分類:
伴隨著全固態鋰電池熱的興起,各種“全固態”或“固態”概念的鋰電池相繼出現,存在著混淆概念的現狀。特將已出現的七類跟固態鋰電池相關的概念進行了梳理,并進行了初步的總結。
液態鋰電池:電芯在制造過程中不含有固體電解質,只含有液體電解質的鋰電池,包括液態鋰離子電池和液態金屬鋰電池。
凝膠電解質鋰電池:電芯中液態電解質以凝膠電解質形式存在,電芯中不含固體電解質,這實際屬于液態鋰離子電池范疇。
半固態鋰電池:電芯電解質相中,質量或體積的一半是固體電解質,另一半是液體電解質;或者電芯中一端電極是全固態,另一端電極中含有液體。
準固態鋰電池:電芯的電解質中含有一定的固體電解質和液體電解質,液體電解質的質量或體積小于固體電解質的比例。
固態鋰電池:電芯中含有較高質量或體積比的固體電解質,同時含有少量液體電解質的電池,被一些研究人員稱之為“固態鋰電池”,但這實際上不是全固態鋰電池。混合固液鋰電池:電芯中同時存在固體電解質和液體電解質。包括前述半固態、準固態、固態鋰電池等均為混合固液鋰電池的一種。由于不需要人為根據固液比例分類,也不會產生歧義,推薦使用這一術語,也可以稱為“混合固液電解質鋰電池”。
全固態鋰電池:電芯由固態電極和固態電解質材料構成,電芯在工作溫度范圍內,不含有任何質量及體積分數的液體電解質,也可稱為“全固態電解質鋰電池”。能夠充放電循環的可進一步稱為“全固態鋰二次電池”或“全固態電解質鋰二次電池”。
為什么固態電池會是鋰電池的下一代?
從電池結構原理和材料上來說:
固態電池相關于傳統鋰離子電池優點比較明顯。首先就是體積,由于不要電解液和隔膜,由固態電解質取代,相同的能量密度下,固態電池的厚度會更小。其次就是重量方面,在使用固態電解質后,石墨負極可用金屬鋰替代,以減輕負極材料的用量,使整個電池重量明顯減輕。同時,更高的安全性,更好的快速充電能力也是其較目前鋰離子電池的優勢。固態電池的負極使用的是金屬鋰制作的,電解質則是固體無機或高分子材料,能量密度可不是普通鋰離子電池可以相比的,會比鋰離子電池高出20%~30%不等。在集成進電動汽車時,固態電池還具有結構緊湊、規模可調、設計彈性大等利于整車集成的特點。
從裝車后的續航能力來說:
以目前電動汽車為例,目前使用鋰電池的續航里程為500公里左右,假如采用固態電池技術可以將其續航里程提升至750公里。但目前來說,受成本、技術方面的因素影響,固態電池短時間內比較難實現商業化。由此可見,固態電池在單位體積能量密度方面要比鋰電池大,具有更大的電池容量。
安全性也是固態電池的另一大優點。重要使用液態鋰離子電池選擇使用的液態有機電解液極其出現爆炸現象,但是開始使用固態電池的話,電池的安全性能就可以大幅度的提升。清華學院副教授李亮表示,由于固態電池具備不易燃的特點,而且液態電池液也不會在其中出現,腐蝕性也是不存在的,電池的安全性因此也會更高。符合未來電池的發展趨勢。