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固态电池将成主流趋势 企业加速布局

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2015/4/29     浏览?#38382;?b class="red" id="hits">    

固态电池将成主流趋势 企业加速布局


近年来,动力电池起火爆炸事?#21183;?#21457;,据锂电大数据统计,2016年共发生50起锂电池起火爆炸事件。提高电池的安全性能一直是锂电人孜孜追寻的课题,而此时,兼具安全性和高续航优势的固态电池逐渐走进大?#19994;?#35270;野。

液态锂电池安全性亟待提升

液态锂电池已成为当下最为成熟且使用最广泛的技术路线,但其安全性问题却成为业界当前迟迟攻克不下的难题。据锂电大数据统计,2016年共发生了50起锂电池起火爆炸事件,锂电池起火爆炸事?#21183;?#21457;为我们敲响警钟——锂电池安全性能亟待提升。

锂电池为何频频起火??#31185;?#21407;因?#25925;?#30005;池内部的活性物质及电解液发生反应,温度过高失控导致。固态电池中不含可燃的液体电解质,这一特性能够极大地改善电池的安全性。中国科学?#20309;?#29702;研?#20811;?#30740;究员李泓曾表示,在未来,很多电池形态将以全固态形式出现,包括金属锂、锂硫和锂空气电池,为提高安全性未来大体策略就是固态化。

固态电池能量密度提升2倍

续航里程问题始终是限制纯电动车普及的关键因素之一,而电池续航里程的长短在很大程度上取决于电池储能能力即单位体积的能量密度。当工作电压只能在固定区域内,要提升电池能量密度,只能依靠对电极材料的能量密度提升。目前现有锂电池正极材料一般有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等,而负极材料一般为石墨、硬/软碳、钛酸锂以及合金负极材料,这些材料的可挖掘空间已经并不大。所以,要大幅提升锂电池的续航里程,除非在电极材料上能?#19994;?#26032;的替代品。此时,与液态锂电池相比能量密度提升2倍的固态电池脱颖而出。

从理论的提出时间来看,固态电池并不是一个新的概念。此前,中国工程院院士陈立泉专门就固态电池的技术发展状况及其优越性能进行了阐?#20572;?#24182;提出,固态电池中不含可燃的液体电解质,这一特性能够极大地改善电动汽车的安全性,因此他建议应大力支持固态电池的研究、开发和产业化。如果能量密度进一步提高,大于500瓦时/公斤的话,从现在开始就要考虑固态锂电池体系探索研究。

固态电池受到科研界广泛关注

固态电池或将成为下一步电池发展的主流方向。但固态电池还面临生产工艺待提高、成本待下降的发展瓶颈,为此科研界为此进行大量研发工作。

由美国前密歇根大学工程学教授玛丽˙塞思特里创办的Sakti3研发出了一种使用平板电视与太阳能面板制造技术制成的固态锂电池,这种电池因采用“薄膜沉积技术?#20445;?#20351;其造价仅为目前锂电池造价的五分之一,然而能量密度?#35789;?#38146;电池的两倍。

2016年9月,中科院青岛生物能源与过程研?#20811;?#30740;发出高能量密度、高性能全固态锂离子电池,已通过11千米全海深模拟压力仓循环压力测试,将来有望成为“蛟龙号”?#28909;?#28023;深深潜器的理想能量动力。该新型全固态电解质膜的电化学窗口可高达4.6V,电解质热稳定温度至少能达到200℃,当这种电解质用于全固态锂离子电池时,经过1000次的充放电长循环,?#21592;?#25345;92%的容量。?#35789;?#24403;研究人员对这种固态电池进行切角和穿钉测试时,它仍然可以正常地进行充放电。另外,研发团队开发出一系列综合性能优异的全固态聚合物电解质,将锂电池的能量密度提高了两倍,电动车的续航里程有望提高到450公里以上,应?#20204;?#26223;极其广阔。

瑞?#20811;?#40654;世联邦理工学院的研究人员们,通过石榴石作为电解质,使得固态电池电极和电解?#25163;?#38388;的接触面积放大,从而实现了固态电池充电速度加快的效果,并且够承受100℃的高温。

美国SunCulture Solar则将固态电池技术应用到储能领域中,其开发的新型一体化太阳能电池板,内置有固态低压电池,并与逆变器无缝集成。这种完全一体化的产品设计,可将太阳能安装和储能总成本降低50%以上。

美国国家航空航天局在与迈阿密大学合作,研制一种新型固态锂电池。这种固态电池的体型?#21364;?#32479;锂电池更小,可以用在“立方体卫星”等微型卫星上。

今年1月,?#26412;?#22823;学化学与分子工程学院高分子科学与工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究团队成功研发出了一种新型、具有高温稳定性的锂电池固态聚电解质膜,有望打破现有锂离子电池固态电解质研究、产业格局。

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