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中国电源网解析固态电池三大技术路线的精彩与挑战

导语:聚合物全固态电池的主要优势在于其易于加工和大容量生产,机械性能柔软,与现有锂电池工艺相近,更容易实现现有设备改造后的量产。这些特点使得它成为将固态技术应用到实际生产中的首选。

聚合物全固态电池自1973年开始研究,其发展历程较为悠久;而氧化物全固态电池更早已于1953年展开研究,硫化物全固态电池则从1981年起步。这三种类型的分歧反映了它们各自在技术路线上的探索与创新。

聚合物全固状态电池的优点包括良好的加工性、能够制造较大容量的单体,以及与液体电解液具有类似的性能。此外,它们在工艺上与当前使用的锂离子动力学非常相似,这使得它们成为最具成本效益和可行性的选择。然而,这种材料也面临着低离子导率的问题,即需要通过加热至60度以上才能提高离子移动速度,使之接近10-3 S/CM级别,从而保持稳定的工作状态。此外,由于聚合物是有机材料,其能量密度受到限制,而且兼容性问题,如磷酸铁锂或三元系统存在兼容性挑战,对提升能量密度构成了障碍。

氧化物全固状电池因其高耐压能力和较高的导电率(可达到10-5至10-3 S/CM)而备受关注。典型代表如LAGP及LATP等氧化材料显示出不错的性能。不过,这些坚硬材料在制备大容量单体时可能会出现破裂风险,并且与正极活性材料之间形成稳定接触仍是个挑战。这导致了目前只能通过与其他介质混合以降低溶媒含量,以实现所需的大容量设计。

硫化物全固状电子库作为未来最具潜力的解决方案之一,因其独特优势——即界面易形成面向式连接,并且粒子柔软——拥有卓越的离子导率水平,甚至超越了液体介质。然而,由于硫化品化学活性强,它们对空气、溶剂以及正负极活性材料都表现出高度反应能力,因此对于产品成本、稳定性以及生产过程都构成难题。因此,该技术虽然充满潜力,但由于这系列复杂问题,其广泛应用仍然受到限制。在工业应用中,如何平衡这些矛盾并克服上述挑战,将决定硫化牲品是否能够真正进入市场并推动行业转变。

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