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,并且具有较软的机械性能,这使得它与现有电解液在性能上存在一定相似性,同时工艺流程也与锂离子电池相近,因此是首选以现有设备进行改造并实现大规模生产的候选者。
固态电池根据技术路线可分为三类:聚合物全固态、氧化物全固态和硫化物全固状态。聚合物全固状态技术最早开始于1973年;而氧化物全固状态则更早期,在1953年就已展开研究;硫化物全固状技术则始于1981年。
聚合物全固状技术的优点包括良好的加工性,使得可以制作出较高容量的电芯,并且由于其柔软的机械特性,与目前使用中的电解液在各项性能上表现出一定程度的一致性。此外,由于工艺接近锂离子电池,它是最具潜力的选择,能通过改造现有设备迅速实现大量生产。
然而,聚合粉末也面临着一些挑战,如低下的离子导率必须达到60度以上才能提升至10-3 S/CM左右,因此需要维持高温环境。此外,由于这些材料是有机质,其化学性能不如无机材料,从而限制了能量密度提高空间。而对于磷酸铁锂和三元材料来说兼容性有限,对提升能量密度造成了阻碍。
氧化物作为另一极端,它们耐受能力强,有着比聚合体更高的导率,可以达到10^-5~10^-3 S/CM级别,但仍未超越液态溶剂。在此背景下,LAGP、LATP等成为典型代表。
尽管如此,氧化体也有自身的问题,如它们坚硬导致容易破裂,而且与正极活性的界面连接不佳,使得从面向点接触转变带来了损耗增加。因此,大容量设计变得困难,而现在只能将之与液体或聚合体结合,以实现减少含有的溶剂水平,即混合类型解决方案。
最后硫化原料因其良好的接触性成为了所有材料中唯一能够突破液体界限、高效率传递离子的器件。这使得它成为未来可能推广到实际应用中的关键技术路径。但遗憾的是,该过程成本昂贵,而且对空气稳定性的要求很高,加剧了产品开发及运输过程中的复杂性和风险限制了其广泛应用前景。