固態(tài)電池的三大優(yōu)勢(shì)

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池。相比于傳統(tǒng)電池，固態(tài)電池主要有體積小、能量密度高、更加安全三大優(yōu)勢(shì)。

固態(tài)電池使用的固體電解質(zhì)，取代了傳統(tǒng)電池中占據(jù)電池近40%體積和25%質(zhì)量的隔膜和電解液，使其在體積上有著明顯優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，固體電解質(zhì)的應(yīng)用，還很大程度上減小了電池正負(fù)極之間的距離，甚至可以將該距離控制在幾微米到十幾微米之內(nèi)，這也極大降低電池的體積，使得電池更加小巧。在使用了固體電解質(zhì)后，電池可以不必使用傳統(tǒng)電池中常用的嵌鋰的石墨作為負(fù)極，而是直接用金屬鋰作為負(fù)極。以金屬鋰替代嵌鋰的石墨可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，從而極大地提高整個(gè)電池的能量密度。

固態(tài)電池還可以有效避免傳統(tǒng)電池，特別是傳統(tǒng)鋰電池可能會(huì)發(fā)生的各種危險(xiǎn)狀況。比如，傳統(tǒng)電池在大電流下工作可能產(chǎn)生鋰枝晶，鋰枝晶可能會(huì)刺破隔膜導(dǎo)致短路；電解液在高溫下可能會(huì)出現(xiàn)燃燒現(xiàn)象。固態(tài)電池可以很好地避免上述情況的發(fā)生。

國(guó)內(nèi)外固態(tài)電池的應(yīng)用前景

固態(tài)電池作為一種新型的電池技術(shù)，近年來在國(guó)內(nèi)外發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，具有優(yōu)秀的應(yīng)用前景。固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)在歐洲、美國(guó)、日本等國(guó)家均受到了很大重視，眾多知名企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)紛紛投入到固態(tài)電池的研發(fā)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)。相較這些國(guó)家，我國(guó)在固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展上呈現(xiàn)出了政府引導(dǎo)、科研院校協(xié)助、企業(yè)資本發(fā)力的特點(diǎn)，充分突出了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢(shì)。目前，中國(guó)科學(xué)院物理研究所研發(fā)出了能量密度達(dá)到每千克360瓦時(shí)、循環(huán)性達(dá)到800次以上的固態(tài)鋰離子電池。這款電池預(yù)計(jì)于今年年底裝車，投入實(shí)際使用。清華大學(xué)南策文院士、沈洋教授團(tuán)隊(duì)也在全固態(tài)鋰電池研究的方向上積極探索，成功研發(fā)出了迄今為止室溫下循環(huán)壽命最長(zhǎng)的全固態(tài)電池。

此外，眾多企業(yè)也開始進(jìn)行固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化探索，它們研發(fā)出的相關(guān)試制品在具有較高能量密度的同時(shí)，在安全性測(cè)試中也表現(xiàn)優(yōu)秀。例如，蔚來控股有限公司憑借著其研發(fā)的150千瓦時(shí)的固態(tài)電池，有效地避免了自燃、爆炸等安全風(fēng)險(xiǎn)，在能量密度方面也顯著高于傳統(tǒng)鋰電池。

新型固態(tài)鋰金屬有機(jī)電池

近日，云南大學(xué)材料與能源學(xué)院郭洪教授團(tuán)隊(duì)近期在新型固態(tài)鋰金屬有機(jī)電池研發(fā)上取得了最新進(jìn)展~以往的研究、生產(chǎn)主要集中在硫化物、鹵化物、氧化物等無機(jī)類電解質(zhì)，然而這些固態(tài)電解質(zhì)存在剛性及對(duì)空氣敏感等缺點(diǎn)，影響電池的界面穩(wěn)定性和循環(huán)與倍率性能。近年來，有機(jī)聚合物電解質(zhì)具有柔性易成膜等優(yōu)勢(shì)而逐漸引起重視，而共價(jià)有機(jī)框架材料是一類比較具有應(yīng)用前景的單離子固態(tài)電解質(zhì)的載體，但需要研究者深入研究活性位點(diǎn)數(shù)量和骨架結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子電導(dǎo)率、遷移數(shù)及電池性能的影響規(guī)律。

基于目前的研究現(xiàn)狀以及面臨的問題，并結(jié)合此前的研究基礎(chǔ)，郭洪教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并制備出三種羧酸鋰調(diào)控的共價(jià)有機(jī)框架單鋰離子導(dǎo)體材料。他們從不同骨架結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)數(shù)量對(duì)鋰離子電導(dǎo)率、遷移數(shù)的影響，結(jié)合理論計(jì)算的方式，深入研究了三種材料的靜電勢(shì)分布，并采用密度泛函理論計(jì)算分析鋰離子遷移路徑和能壘的差異。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)組裝了以鋰金屬為負(fù)極，有機(jī)小分子環(huán)己六酮為正極，所構(gòu)筑的單離子導(dǎo)體為固態(tài)電解質(zhì)的準(zhǔn)固態(tài)電池。經(jīng)過性能測(cè)試和理論計(jì)算結(jié)果表明，單離子導(dǎo)體可以有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，準(zhǔn)固態(tài)電池可以解決有機(jī)小分子正極材料在電解液中的溶解，這種策略為構(gòu)筑高效準(zhǔn)固態(tài)鋰金屬有機(jī)電池提供了重要的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

固態(tài)電池能否成主流

安全生都是第一位

無論是液態(tài)電池還是固態(tài)電池：除了壽命，續(xù)航以及充電速度等因素，最重要的，還是要更加安全，才能保障使用者的安全，而這個(gè)因素在生產(chǎn)電池的時(shí)候就已經(jīng)開始產(chǎn)生作用了—

比如針對(duì)電池的完全烘烤：

真空隧道干燥系統(tǒng)

真空隧道干燥系統(tǒng)一般用于圓柱鋰離子電池的批量烘烤生產(chǎn)，全自動(dòng)運(yùn)行。采用國(guó)際先進(jìn)的真空隧道烘烤工藝，保證電池烘烤的一致性，兼顧清潔生產(chǎn)與設(shè)備易檢點(diǎn)維護(hù)；以及能夠完全繼承整套生產(chǎn)設(shè)備的手套箱：

鋰電池手套箱是一個(gè)全密閉的腔體，把腔體內(nèi)外的環(huán)境完全隔絕開，腔體的一面安裝有視窗 和手套，操作人員通過手套對(duì)腔體內(nèi)的物料進(jìn)行操作：在操作前，對(duì)整個(gè)箱體抽真空，把箱體內(nèi)空氣完全抽掉，降低水氧含量至0.1ppm以下，然后填充惰性氣體氣體進(jìn)行生產(chǎn)。