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储能领域新的挑战者 全固态电池入场

北极星储能网  来源:粉体网  作者:星屑  2020/11/5 9:11:12  我要投稿  

北极星储能网讯:随着科学技术的逐渐进步,人们对能源存储与转化的要求逐渐提高,传统锂离子电池已经不能满足人们对于电池储能的高要求,于是新的挑战者——全固态电池入场。

全固态电池的优势

传统的锂离子电池主要由正极、负极、隔膜、电解液、结构壳体等部分组成,而全固态电池顾名思义就是电池里没有气体、液体,所有材料都以固态形式存在,用固体电解质来代替现有锂离子电池中使用的液体成分。使用固态电解质后,全固态电池相比于一般锂离子电池,可以实现更轻的质量、更小的体积,能量密度也有较大提升。

(1)与商用锂离子电池相比,全固态电池最突出的优点是安全性。固态电解质不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液问题,因而全固态电池具有固有安全性和更长的使用寿命。

(2)固态电池有望获得更高的能量密度。能量密度是比容量和电池电压的乘积。固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口,有利于进一步拓宽电池的电压范围。在发展大容量电极方面,固态电解质能阻止锂枝晶生长,因而也就从根本上避免了电池的短路现象,使金属锂用作负极成为可能。对于锂—硫电池,固态电解质可阻止多硫化物的迁移。对于锂—空气电池,固态电解质可以防止氧气迁移至负极侧消耗金属锂负极。

(3)固态电池有望获得更高的功率密度。固态电解质以锂离子作为单一载流子,不存在浓差极化,因而可工作在大电流条件,提高电池的功率密度。

(4)固态材料内在的高低温稳定性,为全固态电池工作在更宽的温度范围提供了基本保证。

(5)固态电池还具有结构紧凑、规模可调、涉及弹性大等特点。固态电池既可以设计成厚度仅几微米的薄膜电池,用于驱动微型电子器件,也可以制成宏观体型电池,用于驱动电动车、电网储能等领域,并且在这些应用中,电池的形状也可根据具体需求进行设计。

固态电解质材料

对于全固态锂电池,特别是能适应于未来电动汽车、大规模储能应用的体型电池,采用的固态电解质应满足以下要求。

(1)具有高的室温导电率(>10-4S/cm)。

(2)电子绝缘(Li+迁移数近似为1)。

(3)电化学窗口宽(相对于Li+/Li大于6V)。

(4)与电极材料相容性好。

(5)热稳定性好、耐潮湿环境、机械性能优良。

(6)原料易得,成本较低,合成方法简单。

固态电池投资热潮已至

固态电池的出现,给予电动车发展更多可能,对于这样一个可以在性能和安全上实现更好平衡的电池新技术,各国政府及企业也给予了相关重视。

日本:日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)于2018年对外宣布,该国部分企业及学术机构将在未来5年内联合研发下一代电动车全固态锂电池,力争早日应用于新能源产业。该项目预计总投资100亿日元,丰田、本田、日产、松下等23家汽车、电池和材料企业,以及京都大学、日本理化研究所等15家学术机构将共同参与研究,计划到2022年全面掌握全固态电池相关技术。

韩国:韩国三大蓄电池厂商LG化学、三星SDI和SK创新于2018年11月对外宣布,联手开发核心电池技术,将成立一个规模1000亿韩元的基金,计划在固态电池、锂金属电池和锂硫电池领域进行研发,来打造下一代电池产业生态系统。现代汽车也已组建固态电池研发团队,并投资了Ionic Materials公司,进行固态电池研发工作。

德国:德国总理默克尔2018年11月曾宣布,计划拨发10亿欧元用于支持德国的一家电池生产商,同时也将资助一家电池研发机构开发下一代固态电池。德国政府的这一举措旨在减少德国车企对于中日韩电池供应商的依赖。而作为德系领头羊的大众和宝马公司也在加速发展固态电池。

美国:美国能源部曾宣布将2019财年的奖励金提供给用于“先进技术研究”的车企们,通用和福特都拿到了大笔研究资金。据悉,美国政府共向通用汽车投入910万美元,其中200万美元明确表示与固态电池的研发有关。

中国:中国在固态电池领域的研究也已起步,由中科院宁波材料技术与工程研究所牵头承担的纳米先导专项“全固态电池”课题已经通过验收;宁德时代在聚合物固态锂金属电池和硫化物基固态电池方面分别开展了相关研发;比亚迪也在积极推进固态电池项目的商用;蔚来与辉能科技就固态电池包的生产展开合作。此外还有大批科技公司及新材料公司正在进行固态电池的研发。

由此可见,全固态电池已经成为动力电池市场的下一个风口。虽然与传统锂离子电池相比,全固态电池有其技术优势,但我们也必须看到,这一新技术还存在着诸多问题,如无法实现快充、成本偏高、工艺复杂等。而且,全固态电池存在着不同技术路线,那种技术路线将率先实现市场化值得期待。

参考资料:

朱敏慧. 全固态电池,动力电池市场的下一个风口?

李君,王青贵等. 固态电池电解质研究近况.

任耀宇. 全固态锂电池研究进展.


原标题:储能领域新的挑战者 全固态电池入场

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