导语:聚合物全固态电池的主要优势在于其易于加工,可以制造出较大容量的电芯,其机械性能相对软弱,与现行的液态电解液在性能上有着相似的特点,工艺流程与目前的锂离子电池相似,因此,它是最具潜力的候选者,能够通过现有设备进行改造实现规模化生产。 固态电池根据技术路线的不同,可分为聚合物全固态、氧化物全固态和硫化物全固态三类。
聚合物全固状态电池自1973年起便开始研究,而氧化物全固状态则更早期,在1953年就已有人探索硫化物全固状态技术始于1981年。 聚合质材料具有良好的可加工性,使得可以制作出较大容量的能源存储单元,其柔韧性使得它在应用中表现出色,与当前使用的大多数溶体介质具有类似的特性,且其制备过程与现在广泛采用的锂离子能量存储器十分接近,这使得它成为首先可以利用现有生产设施经过适当调整达到工业级生产能力的一种选择。
然而,聚合材料作为一种有机材料,其电子传输效率不如无机材料,同时,由于存在热稳定性的问题,即需要将温度升至60度以上才能提升离子移动速度到10-3 S/CM左右,从而保持高温操作,这限制了其能量密度提升空间。此外,由于兼容性问题,如磷酸铁锂系统良好,但三元系中存在挑战,因此无法进一步提高能量密度。
氧化型整体来说拥有更高的耐压能力以及比聚合质要高的一个订单速率可达10^-5 ~ 10^-3 S/CM范围内,但仍未超越液体介质。LAGP和LATP等代表性的氧化剂因其卓越性能受到高度关注。
尽管如此,该类型面临的是由于自身硬度过强导致难以制作大容量单元的问题,以及与正极活性材料之间缺乏良好的物理接触,从而导致界面损耗增加;这些挑战迫使这一技术只能结合其他类型形成混合解决方案,以降低所需溶体介质数量,并实现更多紧凑设计。
最后,对硫基型来说,它提供了最佳的事务效率,因为它容易形成平面的物理联系,这些优点都让它成为了所有非水溶媒介之中的最高表现者。在未来看来,它或许是实现真正替代液体媒介最为可能的一种方法。然而,该类型同样面临成本非常昂贵及空气稳定性的严重挑战。硫基化学反应活力极高,不仅会快速作用于空气,也会对各种环境条件产生影响,比如说处理时遇到的各种化学品和其他活性材料;这些都加剧了从原料到成品再到运输环节带来的复杂难题。这一系列问题限制了该技术路径被广泛采用所需克服巨大的障碍。