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默默发力的固态锂电池,未来电池界的黑马


来源:中国粉体网讯   秋林

[导读]  近日,丰田向美国提交了一份专利申请,这份申请专利主要是围绕丰田在固态电池上的研究有关,应用主要描述了丰田如何通过添加“特殊磷酸酯”来提高电池的热稳定性。作为韩国最大跨国企业的三星集团频频突发手机电池爆炸事件,近期透露将大力开展固态锂电池的研究,并宣称能供应用到智能手机上的固态电池将在一到两年内成熟。而作为三星集团“死对头”的LG化工也在大力的研究固态锂电池,并且也取得了不错的速度。

中国粉体网讯  近日,丰田向美国提交了一份专利申请,这份申请专利主要是围绕丰田在固态电池上的研究有关,应用主要描述了丰田如何通过添加“特殊磷酸酯”来提高电池的热稳定性。作为韩国最大跨国企业的三星集团频频突发手机电池爆炸事件,近期透露将大力开展固态锂电池的研究,并宣称能供应用到智能手机上的固态电池将在一到两年内成熟。而作为三星集团“死对头”的LG化工也在大力的研究固态锂电池,并且也取得了不错的速度。


“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,以及锂空气电池、锂硫电池等新的电化学体系探索研究”,中国工程院院士陈立泉在谈到电池的未来发展时表示。似乎随着对电池性能和要求的提高,研究的趋势已经开始指向了固态锂电池。


根据数据资料显示,该电池的使用寿命和安全性都明显高于目前所用主流的锂电池。全固态锂电池在构造上比传统锂离子电池要简单的多,固体电解质除了传导锂离子,也充当了隔膜的角色,所以,在全固态锂电池中,电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用,大大简化了电池的构建步骤。


正因为目前固态锂电池所具备的性能是普通锂电所欠缺的,全固态锂电池的先导性研究在世界各地积极地进行着,计划在2020年前后开始商业推广。在众多后锂离子充电电池中,包括日本丰田汽车、韩国三星电子和德国KOLIBRI电池公司对全固态锂电池都表现出特别的兴趣。下图为未来二十年大容量锂电池的发展路径,从图可以看出,全固态电池技术其实可以覆盖到锂硫电池、锂空气电池或锂金属电池相关的一些核心材料与关键技术,包括电池设计、高性能固态隔膜材料等。全固态锂电池作为下一代高安全性储能技术应用的迫切性己开始被认识。




内在无机全固态锂电池领域的研究己经开展了很多年,主要集中在微型器件使用的薄膜固态锂电池方面。在大容量无机全固态锂电池方面的研究却鲜有报道,近年,中国科学院宁波材料技术与工程研究所在大容量无机全固态锂电池用正极材料、固体电解质材料以及电极/电解质界面改性研究等方面也取得了不错的结果。而要发展这种新型化学储能技术,同样面临着很多的科学问题有待解决,主要包括:高稳定性、高离子导电特点锂离子导电材料体系的构效关系与材料设计研究、电极/电解质固固两相界面调控与反应机制研究、全固态体系中锂离子嵌脱过程引起的材料应力分布变化和对电池性能的影响及调控研究,以上技术与科学问题的解决对推动全固态锂电池的实用化将具有重要的现实意义。


中科院青岛生物能源与过程研究所在高能量密度固态电池研究中取得进展,针对固态电池发展中固固界面阻抗过大的瓶颈问题,研究成员创造性地提出“原位自形成固态电解质”的解决方案,有效降低界面阻抗和提升电池综合性能。目前中科院青岛能源所已开发出6Ah大容量三元固态锂电池,具有能量密度高、循环寿命长、安全性能佳等优势。2017115日,该所研发的固态锂电池随中科院深海所的深潜器出海,启程远赴马里亚纳海沟进行全海深示范应用,这是我国首个自主研发可应用于深潜器的高能量密度、高性能全固态锂电池。


此外,由清华大学南策文院士团队创建的清陶(昆山)能源发展有限公司也是国内较早开展全固态锂电池技术研发的团队之一。南策文院士表示:“清陶发展把实现全固态电池的产业化定为2017年的首要任务,将重点解决材料匹配、装备升级、产品一致性等核心问题,力争于20179月推出第一批全固态锂电池产品。”


相对而言,丰田、松下、三星、三菱以及国内的宁德时代等电池行业领军企业都已经积极布局固态电池的储备研发。目前为止,技术成熟度较高、技术沉淀较深的当属法国的Bolloré、美国Sakti3和日本丰田。这三家也分别代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术开发方向。


20161217日,宁德时代研发经理郭永胜在“第七届全球新能源汽车大会(GNEV7)”上介绍了公司固态锂金属电池的研发进程,他表示,宁德时代在做固态电池之前对全球做固态电池的企业做了调研,目前该项目还处于早期阶段。宁德时代在研发过程中,也在关注固态电池的制造问题,固态电池整个制造工艺跟传统的锂离子的制造工艺不同,需要新的设备,新的工艺,所以宁德时代也同时进行工艺的研发。


    从整体来看,固态电池现在的制备技术成熟度还有待加强,能形成规模产能的企业有限,技术规模化扩产需要克服的困难还有很多,仍处于推广发展期。总的来说,大容量全固态锂电池的发展前景是非常光明的,影响大容量全固态锂电池性能的科学与技术问题正在逐步解决,大容量全固态锂电池在未来储能甚至动力领域中必将得到广泛应用!




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