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中国电源网探究固态电池三大技术路线析其双面利弊

导语:聚合物全固态电池的主要优势在于其易于加工,能够生产大容量电芯,并且其机械性能较为柔软,与当前使用的液体电解液在性能上存在一定相似性。这种设计使得它是目前最容易利用现有设备进行改造和规模化生产的固态电池技术。

本文将探讨三种不同技术路线的固态电池,即聚合物全固态、氧化物全固状态硫化物全固状态硫化物。每一种技术都具备独特的优缺点,并对未来该领域发展产生重要影响。

聚合物全固态电池自1973年起便开始研究,而氧化物和硫化物则分别在1953年和1981年开始被探索。此类材料具有良好的加工性,使得它们可以制造出高容量的能源储存单元,同时,它们与现行锂离子动力蓄能系统共享了许多工艺步骤,这些都是实现大量生产所必需的条件。

然而,聚合质材料也面临一些挑战,如低于60°C时较低的离子传输速率(约10^-3 S/CM),这意味着必须维持较高温度以确保效率。此外,由于它们是有机组分,其化学性能并不如无机材料好,因此限制了能量密度提升空间,对磷酸铁锂兼容性良好,但与三元体系兼容性不佳,从而限制了能量密度进一步提高。

氧化型全固态电池由于其耐高压能力以及比聚合质更快离子的传输速度(可达10^-5至10^-3 S/CM)而成为另一个吸引人的选项。典型代表包括LAGP、LATP等氧化剂。这一类型能够减少含有的液体成分,从而降低总体重量并提高安全性。

尽管如此,氧基材料的一大缺陷就是它们坚硬且脆弱,如果用于制备电子介质片可能会导致破裂。而且,与正极活性材料之间形成稳定接触仍然是一个难题,因为这通常导致从表面接触转变为点状接触,增加了界面的损耗问题。这就阻碍了大容量单元的大规模生产,而且目前只能通过与液体或聚合质复合来制作混合型溶剂含有小部分水结合,以此降低溶剂含量。

最后,硫基全固态采用的是另一条前途光明之路,它因其卓越的地道导通率、高柔韧性的粒子,以及易形成稳定界面特点,被认为是所有该类材料中表现最佳者,也是未来最可能实现商业成功的一种方案。但是,这种方法也有不足之处,比如成本昂贵且不稳定,在空气中的反应活泼,有机溶剂及正负极活性材料反应都强烈,因此需要改进产品以克服这些挑战。

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