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IDTechEx报告称 下一步将转向固态电池技术

2021-01-18 19:40:41 来源: 编辑:

根据IDTechEx的研究报告《2020年至2030年固态和聚合物电池:技术,专利,预测,参与者》,电动汽车有望以固态电池为创新手段”。

自1991年商业化以来,锂离子电池已在世界范围内获得成功。但是,这不能掩盖它们在安全性,性能,外形尺寸和成本方面的固有局限性。

当前大多数锂离子技术都使用液体电解质,以及锂盐,例如LiPF 6,LiBF 4或LiClO 4。在有机溶剂中。然而,由于电解质在负电极处的分解而导致的固体电解质界面限制了有效电导率。此外,液体电解质需要昂贵的膜来分隔阴极和阳极,以及不渗透的外壳以避免泄漏。因此,这些电池的尺寸和设计自由度受到限制。另外,液体电解质使用易燃和腐蚀性液体,因此存在安全和健康问题。三星的Firegate特别强调了使用易燃液体电解质时,甚至是大公司也面临的风险。

当前的高端锂离子电池在电池单元级别的能量密度可以达到700 Wh / L以上,电动汽车的最大行驶范围约为500 Km。改进的高镍阴极材料可以进一步推动能量密度,但是活性材料的特性可能会产生阈值。

固态电池可以改变游戏规则

固态电解质可以整合性能更好的材料,例如锂金属和高压阴极材料。然而,已经观察到,早期的固态电池可以包含相似类型的活性电极材料,其中液体电解质被固态电解质代替。在这种情况下,就能量密度而言,固态电池没有比液态锂离子电池明显的优势。

但是,在这种情况下,固态电池仍可提供价值。由于电极和电解质都是固态的,因此固体电解质也可以充当隔板,从而由于消除了某些组件(例如隔板和外壳)而减少了体积和重量。它们可以使电池组中的电池单元更紧凑地布置。例如,双极布置可在电池单元级别实现更高的电压和容量。简化的连接为电池组中的更多电池提供了额外的空间。

另外,去除易燃液体电解质可以成为更安全,持久的电池的一种途径,因为它们对温度变化和使用过程中发生的物理损坏具有更高的抵抗力。固态电池可以在降解之前处理更多的充电/放电循环,从而保证更长的使用寿命。更好的安全性意味着电池模块/电池组中更少的安全监控电子设备。

因此,即使最初几代的固态电池也可以具有与常规锂离子电池相似或什至更低的能量密度,电池组中可用的能量可以与后者相当或更高。

由于固体电解质可以提供更大的电化学窗口,因此可以使用高压阴极材料。此外,高能量密度的锂金属阳极可进一步将能量密度推至1,000 Wh / L以上。这些功能可以使固态电池成为游戏规则的改变者。

竞争技术使决策变得困难

对各种固态电池公司的投资反映了固态电池的巨大潜力。但是,固态电池并非仅基于单一技术。相反,行业中有多种技术方法可用。固态电解质可大致分为三类:有机类型,无机类型和复合类型。在无机类别中,LISICON类,银辉石,石榴石,NASICON类,钙钛矿,LiPON,氢化锂和卤化锂被认为是8种流行类型。类LISICON和类银辉石属于硫化物体系,而石榴石,类NASICON,钙钛矿和LiPON则基于氧化物体系。

到目前为止,聚合物,氧化物和硫化物系统之间的竞争尚不清楚,通常看到电池公司尝试多种方法。聚合物系统易于加工且最接近商业化,而相对较高的工作温度,较低的抗氧化电位和较差的稳定性则表明了挑战。硫化物电解质具有高离子电导率,较低的加工温度,宽的电化学稳定性窗口等优点。许多功能使它们具有吸引力,被许多人视为最终选择。然而,制造的困难以及在该过程中可能产生的有毒副产物使得商业化相对缓慢。氧化物体系稳定且安全,而较高的界面电阻和较高的加工温度通常显示出一些困难。

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