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揭秘18元器件背后的固态电池三大技术路线优缺点全解析

导语:聚合物全固态电池的主要优势在于其易加工性,能够制造出较大容量的电芯,并且具有软化性能,接近目前使用的电解液性能。它与现有的锂电池工艺相似,是最容易利用现有设备进行改造以实现大规模生产的一种固态电池技术。

根据技术路线的不同,固态电池主要分为三类:聚合物全固态电池、氧化物全固态电池和硫化物全固状态电池。聚合物全固状态电池研究始于1973年;氧化物全固状态電池则更早一步,在1953年就开始了研究;而硫化物全 固状态電 池则是在1981年才开始被探索。

聚合物全固状态電 池的优点包括便于加工,可以制作高容量的電芯,以及机械性能柔软,与当前使用的電解液拥有相似的性能,并且与现有的锂電 池工艺相似,这使得它是最容易通过改造现有设备实现大规模生产的一种技術。此外,它们对温度要求较高,一般需要加热至60度以上才能提升离子导率到10^-3 S/CM水平,因此需要保持高温环境。然而,由于它们是有机材料,其电子化学性能不如无机材料,而且跟磷酸铁锂兼容性好,但跟三元材料兼容性差,从而限制了能量密度提高。

氧化物全-solid-state 电 池之所以吸引人,是因为它们耐受极大的压力并提供比聚合型更好的离子导率。在典型代表中,如LAGP和LATP等,其中离子导率可以达到10^-5~10^-3 S/CM级别。但这还不足以匹敌传统液体溶剂。

尽管氧化型 Solid-State 电 池具有很多优点,但它们也有缺陷。一方面,它们通常由坚硬材料制成,这会导致在制作时容易损坏另一方面,与正极活性材料之间没有足够紧密联系,使得从面向面的接触转变为点状接触,从而增加了界面损耗。此外,由于这些问题,大容量单元很难制作,所以现在只能将它们与其他类型的混合体结合起来,以减少含水量,而不是纯粹地采用Solid-State 技术。

硫化素 Solid-State 电 池因其良好的亲和力(contact)特征而受到欢迎,因为这意味着整体上具有非常好的离子导率。此外,他们粒子的柔韧性也使得形成稳定的表面接触变得更加简单。而且,硫化素是一种独一无二的地球元素,其功能超越了任何一种流动性的溶剂,也是所有Solid-State 技术中可能成为未来主流技术之一。

然而,硫化学活性强烈,对空气、有机溶剂以及正负极活性材料都表现出高度反应能力。这使得产品成本非常昂贵,同时也降低了稳定性的空气抵抗能力。在生产、运输和处理过程中,都存在挑战,这些都是阻碍广泛应用的一个重要因素。

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