登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态锂离子电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。
固态电池介绍
传统锂离子电池采用有机液体电解液,在过度充电、内部短路等异常的情况下,电池容易发热,造成电解液气胀、自燃甚至爆炸,存在严重的安全隐患。20 世纪50 年代发展起来的基于固体电解质的全固态锂电池,由于采用固体电解质,不含易燃、易挥发组分,彻底消除电池因漏液引发的电池冒烟、起火等安全隐患,被称为最安全电池体系。对于能量密度,中、美、日三国政府希望在2020 年开发出400 ~ 500 Wh /kg 的原型器件, 2025~ 2030 年实现量产,要实现这一目标,目前公认的最有可能的即为金属锂负极的使用,金属锂在传统液态锂离子电池中存在枝晶、粉化、SEI( 固态电解质界面膜) 不稳定、表面副反应多等诸多技术挑战,而固态电解质与金属锂的兼容性使得使用锂作负极成为可能,从而显著实现能量密度的提升。
不同种类电解质及其锂离子电池体系的性质对比
固态电解质研究进展
对于固态电池,固态电解质是其区别于其他电池体系的核心组成部分,理想的固态电解质应具备工作温度区间(特别是常温)保持高的锂离子电导率;可忽略或者不存在晶界阻抗;与电极材料的热膨胀系数匹配;在电池充放电过程中,对正负极电极材料保持良好的化学稳定性,尤其是金属锂或锂合金负极;电化学宽口宽,分解电压高;不易吸湿,价格低廉,制备工艺简单,环境友好。
目前,量产聚合物固态电池中聚合物电解质的材料体系是聚环氧乙烷(PEO)。PEO类聚合物电解质的特点是在高温下离子电导率高,容易成膜,易于加工,与正极复合后可以形成连续的离子导电通道,正极面电阻较小。PEO的氧化电位在3.8 V,钴酸锂、层状氧化物、尖晶石氧化物等高能量密度正极难以与之匹配,需要对其改性;其次,PEO 基电解质工作温度在60~85 ℃, 电池系统需要热管理,这对于动力和储能应用来说需要专门的电池系统的设计;再次,该类电池直接使用金属锂,充放电过程中在界面处不均匀的沉积仍然存在锂枝晶穿过聚合物膜造成内短路的隐患,此外倍率特性也有待提高。发展耐高电压、室温离子电导率高、具有阻挡锂枝晶机制、力学特性良好的聚合物电解质是重点研究方向。
无机固态电解质主要包括氧化物和硫化物。已经小批量生产的固态电池主要是以无定形LiPON为电解质的薄膜电池。无机固态电解质的优点是有些材料体相离子电导率高,能够耐受高电压,电化学、化学、热稳定性好,抑制锂枝晶方面有一定效果。
相对于氧化物,硫化物由于相对较软,更容易加工,通过热压法可以制备全固态锂电池。最近展示的固态锂电池室温下甚至能在60 C 下工作,虽然此时体积和质量能量密度会显著下降,但至少这一结果体现了固态电池在高功率输出方面的潜力。硫化物电解质还存在空气敏感,容易氧化,遇水容易产生硫化氢等有害气体的问题。通过在硫化物中复合氧化物或掺杂,这一问题可以在一定程度上改善,但最终能否满足应用对安全性、环境友好特性的要求还需要实验验证。现阶段,采用无机陶瓷固体电解质的全固态大容量电池电芯的质量和体积能量密度还显著低于现有液态锂离子电池。
正极材料研究进展
除了固态电解质,电极材料也是影响全固态电池性能的关键因素。虽然固态电解质与电极材料界面基本不存在固态电解质分解的副反应,但是固体特性使得电极/电解质界面相容性不佳,高的界面阻抗严重影响了离子的传输,最终导致固态电池的循环寿命低、倍率性能差。另外,全固态锂离子电池的开发与应用未来必然会从小型全固态薄膜电池推广至大型全固态储能型电池,然而传统的电极材料已经无法满足目前对高能量密度的要求。基于上述原因,对于电极材料的研究主要集中在两个方面:一是对电极材料及其界面进行改性,改善电极/电解质界面相容性;二是开发新型电极材料,从而进一步提升固态电池的电化学性能。
高能量密度的正极材料具有较大的嵌锂容量和较高的电压,充放电过程中会有显著的体积变化。采用固态电解质时,在正极与固体电解质膜的界面,以及正极内部与固体电解质相接触的界面,都有可能出现接触变差的情况。解决的办法包括在正极颗粒表面原位或非原位沉积或热压一层固体电解质;或者在正极颗粒孔隙填充有一定弹性的固体电解质,形成连续离子导电相,类似于液体电解质;或者在正极侧引入液体,形成固-液复合体系。由于难以单独注液到正极,引入液体后,是否能具备固态锂电池兼具高能量密度和安全性的优点是关键,这取决于引入液体的电化学特性和安全特性,以及金属锂电极是否预先完全被保护。既然现有的液体电解质的安全性已经基本满足要求,因此,在固态电池中,添加液体减少正极侧接触电阻,应该是一个能兼顾动力学与安全性的解决方案。但是寻找到能在高电压工作、润湿性好、安全性好的液态电解质添加剂也并非易事,这本身就是液态锂离子电池目前主要攻关的方向和瓶颈技术之一。
负极材料研究进展
金属因其高容量和低电位的优点成为全固态电池最主要的负极材料之一,然而金属锂 在循环过程中会有锂枝晶的产生,不但会使可供嵌/脱的锂量减少,更严重的是会造成短路等安全问题。另外金属Li 十分活泼,容易与空气中的氧气和水分等发生反应,并且金属锂 不能耐高温,给电池的组装和应用带来困难。加入其它金属与锂组成合金是解决上述问题的主要方法之一,这些合金材料一般都具有高的理论容量,并且金属锂的活性因其它金属的加入而降低,可以有效控制锂枝晶的生成和电化学副反应的发生,从而促进了界面稳定性。然而,锂合金负极存在着一些明显的缺陷,主要是在循环过程中电极体积变化大,严重时会导致电极粉化失效,循环性能大幅下降,同时,由于锂仍然是电极活性物质,所以相应的安全隐患仍存在。目前,可以改善这些问题的方法主要包括合成新型合金材料、制备超细纳米合金和复合合金体系(如活性/非活性、活性/活性、碳基复合以及多孔结构)等。
碳族的碳基、硅基和锡基材料是全固态电池另一类重要的负极材料。碳基以石墨类材料为典型代表,石墨碳具有适合于锂离子嵌入和脱出的层状结构,具有良好的电压平台,充放电效率在90%以上,然而理论容量较低(仅为372 mA˙h/g)是这类材料最大的不足,并且目前实际应用已经基本达到理论极限,无法满足高能量密度的需求。
总结
以固态电解质取代传统有机电解液制备固态电池,可以从根本上解决锂离子电池的安全问题。目前大量的工作集中在开发更高能量和功率密度的全固态锂离子电池,在推进高安全、高储能电池产业化进程中,关键材料(固态电解质、正极和负极)的研发和制备是至关重要的一环。
固态电解质发展出PEO 及其衍生物体系聚合物电解质、LiPON 薄膜电解质、氧化物和硫化物晶态电解质以及硫化物玻璃电解质等体系,离子电导率不断被提升。目前而言,最有可能被应用到全固态锂离子电池中的固态电解质材料包括PEO 基聚合物电解质、NASICON 型和石榴石型氧化物电解质、硫化物电解质。
在电极方面,除了传统的过渡金属氧化物正极、金属锂、石墨负极之外,一系列高性能正、负极材料也在不断被开发,包括高电压氧化物正极、高容量硫化物正极、稳定性良好的复合负极等。
电池关键材料的不断优化为大容量全固态锂离子电池的产业化奠定了基础,然而仍存在一些亟待解决的问题,从而成为未来的发展方向,虽然存在诸多问题,总体来说,全固态电池的发展前景是非常光明的,在未来替代现有锂离子电池成为主流储能电源也是大势所趋。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
数据显示,2024年4月的前半个月,中国乘用车零售51.6万辆。其中,新能源乘用车零售26万辆,同比增长32%,新车渗透率达50.39%,占比首次超过传统燃油车!而且值得一提的是,新车渗透率突破50%的时间,比我国原定的2035年提前了11年。这不仅是中国交通领域能源转型的重要标志,表明中国汽车产业持续向绿色
2024年4月25日,北京国际汽车展览会首日,宁德时代发布全球首款兼顾1000km续航和4C超充特性的磷酸铁锂电池新品——神行PLUS。自2023年8月发布神行超充电池,到今天发布神行PLUS,宁德时代用8个月时间,再次刷新磷酸铁锂电池纪录。宁德时代首席科学家吴凯博士1000km超长续航,真正让出行无忧神行PLUS电
北极星储能网讯,4月26日,华软科技发布《关于终止投资建设锂电池电解液添加剂项目的公告》。根据公告显示,华软科技决定终止年产12000吨锂电池电解液添加剂项目和年产6000吨氟代碳酸乙烯酯(FEC)锂电池电解液添加剂项目。据了解,2021年,华软科技控股子公司北京奥得赛化学有限公司的全资子公司武穴
距离宣布将斥资35亿元投建年产8.9GWh储能锂电池项目过去整整一年时间,黑芝麻日前表示将“暂缓”该项目建设。有业内人士道出其中原委:其跨界储能之路并不顺畅。对此,黑芝麻解释称“2023年下半年起,新能源电池市场形势发生重大变化”,公司“不敢冒进推进,暂缓项目建设,等待最佳实施机会”。这与一
北极星电池网获悉,来自木垒县融媒体中心的消息显示,4月23日,新疆维吾尔自治区昌吉回族自治州木垒县2024年第二批重点项目集中开工。据悉,此次集中开工14个重点项目,总投资29亿元。其中年产2GWh锂电池项目开工。据了解,该项目由新疆宁迪新能源科技有限公司投建,总投资4.99亿元,项目建成后预计年
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
动力电池出货量同比增长19%三元动力电池市场占比超30%高工产研锂电研究所(GGII)初步调研数据显示,2024Q1中国锂电池出货量200GWh,同比增长18%。其中动力、储能电池出货量分别为149GWh、40GWh,同比分别增长19%、14%。分技术路线看,2024Q1动力三元电池出货量47GWh,在动力电池中占比32%,较2023年提
4月23日,木垒县2024年第二批重点项目集中开工。据了解,本次集中开工的项目中,包含两个新能源项目,分别是泰胜风能年产10万吨级风电塔筒项目和新疆宁迪新能源科技有限公司动力锂电池项目。其中,动力锂电池项目总投资4.99亿元,项目建成后预计年产值为10亿元,可年产2GWH动力储能电池,新增就业岗位2
北极星储能网讯,据厦门海关统计,截至今年3月底,福建省锂电池累计出口3002亿元,其中一季度出口250.59亿元,占全国同期锂电池出口总值的26.74%,居全国首位。对拉美、中东国家等新兴市场出口保持强劲增长态势,10年来平均增速分别为521.64%、50.10%。
近日,安徽理士年处理5万吨废旧锂电池综合利用项目开工,该项目位于濉溪经济开发区,总投资15亿元,固定资产投资13.3亿元,由安徽理士电源技术有限公司投资建设,总建筑面积30万平方米,新建年处理5万吨废旧锂电池清洁回收综合利用生产线。
北极星储能网讯,4月23日,中钠储能甘肃基地落成投产仪式在正宁县举行。据了解,中钠储能甘肃基地项目由昆山金鑫新能源科技股份有限公司投资建设,总投资约10亿元,于2023年3月开工建设。一期计划建成年产3GWh储能生产线和年产1GWh锂电池生产线,二期计划建成2.2GWh石墨烯钠离子电芯生产线。
北极星储能网获悉,据卫蓝新能源消息,2024年4月22日,北京卫蓝新能源科技股份有限公司与钇威汽车科技有限公司在钇威汽车科技有限公司合肥签署了战略合作协议。双方将基于江淮钇为全球第二代纯电平台——DI平台,合作开发4695大圆柱半固态电芯应用的车型,该车型将采用原位固态技术,实现整车600km-100
据“乐陵经济开发区”消息,目前,金启航乐陵基地固态隔膜车间进度:隔膜涂覆线生产工艺优化方案已确定,图纸设计完成,各项施工改造工作正在有序推进,力争4月底完成改造任务;电芯车间根据佛山基地试验研究情况实时优化设计方案。山东金启航新能源科技有限公司位于山东乐陵经济开发区,注册资本10000
北极星储能网获悉,据新疆哈密市融媒体中心消息,在4月18日举行的豫哈零碳科技产业援疆平台产业援疆交流暨项目推介会上,哈密高新技术产业开发区与河南重联节能环保科技有限公司签订年产3G瓦时固态电池项目战略合作框架协议。据哈密高新区管委会副主任刘彬彬介绍,当天集中开工了总投资39.7亿元的大成
北极星储能网获悉,据智己汽车消息,23日上汽集团旗下智己汽车在上海举办全球首次试驾活动。智己汽车CEO刘涛表示,第一代光年固态电池今年年内会真正实现量产上市。
“我国有望在1-2年内将攻克600Wh/kg氧化物/聚合物复合电解质固态电池。”近期,中国科学院院士、南开大学副校长陈军表示,“全固态电池已成为全球电池科技的竞争焦点,以固态电池为核心的电动汽车有可能改变未来产业布局。”无独有偶,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高今年年初也曾表示,全固态电
北极星储能网获悉,据正力新能消息,4月19日,正力新能发布首款双重半固态超长续航大圆柱电池——正力·骐龙,单体容量达到49.5Ah,集超安全、超高能量密度、及整车100万公里超长寿命和充电10分钟续航500公里的超快充技术于一体,支持纯电MPV车型,满电续航1000公里以上。正力·骐龙大圆柱电池已于2023
4月19日晚间,振华新材发布2023年年度报告。年报透露,截至目前,公司已实现部分质高价优新产品的评估导入。在固态/半固态电池方面,公司正在配合客户开发相应的正极材料及氧化物、多硫化物等固态电解质。在钠离子电池正极材料方面,公司通过大单晶技术体系生产的单晶钠离子电池正极材料,材料结构完整
当升科技4月19日在互动平台表示,公司已针对电动汽车市场开发出固态电池用关键正极材料,产品已成功导入辉能、清陶、卫蓝新能源、赣锋锂电等固态电池客户,并实现批量销售。
北极星储能网获悉,据昆山发布消息,4月15日,国网昆山市供电公司为清陶能源固态锂电池产业化项目成功送电,为昆山率先实现固态电池量化生产提供坚实电力保障。据悉,清陶新能源固态锂电池产业化项目于2022年开工建设,是目前全国规模最大的固态锂电池量产项目,总投资50亿元,达产后年装机量将达到100
北极星储能网讯,赣锋锂业在投资互动平台表示:目前第一代固液混合电池已初步实现量产,能量密度240~270Wh/kg,可以通过针刺安全性能测试实验,循环次数达到2000次以上,第二代固液混合电池目前处于研发阶段,能量密度可达到400Wh/kg以上,可以通过针刺实验,能够在维持高能量密度的情况下同时保持高安
北极星储能网获悉,据长安汽车视频号消息,4月19日,长安汽车2023年业绩说明会上,长安汽车董事长朱华荣表示,集团研发的半固体电池将于2026年年底上市。
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
北极星电池网获悉,据八闽国资消息,近日,宁德70000吨锂离子电池正极材料(CD车间)项目主体结构封顶仪式顺利完成。该项目是福建省重点项目,总投资24.45亿元,主要建设C、D两幢车间及相关配套,项目建成投产后,预计可年产7万吨锂离子电池正极材料。
得益于电池技术不断提升,以及中高端新能源乘用车车型增多,新能源汽车电池包容量越做越大正成为趋势。电池中国观察到,近段时间,国内多款热门中高端新车均搭载了70kWh-150kWh带电量的“大”电池包,纯电续航里程超600公里,甚至1000公里。这意味着“大”电池包已成为中高端新车标配,(超)长续航也成
北极星电池网获悉,据贝特瑞消息,4月8日上午,贝特瑞地中海年产5万吨锂离子电池正极材料项目在摩洛哥丹吉尔科技城举行开工仪式。贝特瑞地中海公司董事长杨顺毅,贝特瑞地中海公司总经理杨平州,丹吉尔地中海港集团服务板块董事长/摩洛哥丹吉尔科技城(SATT)总经理JaafarMrhardy,SATT常务副总经理/CR
4月9日,宁德时代德国图林根工厂获得了大众汽车集团模组测试实验室及电芯测试实验室双认证,成为全球首家获得大众集团模组认证、欧洲首家获得大众集团电芯认证的电池制造商(全球首家获得大众集团电芯认证的电池制造商为宁德时代集团总部)。此次认证,是国际一流车企对宁德时代测试验证能力,以及技术
在全球绿色能源和技术的发展浪潮下,我国电源结构持续优化,可再生能源发电装机规模屡创新高。目前,我国已建成了世界上最大的清洁电力供应体系,在全球清洁能源技术价值链中发挥着核心作用。不同于传统能源的是,可再生能源存在着供应不稳定的特点。不同地区、气候下的能源供需存在巨大的差异,在传统
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!