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开关电源革命揭秘固态电池三大技术路线的优劣之争

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,易于通过改造现有设备实现规模化生产。这种技术路线分为三类:聚合物全固态、氧化物全固态以及硫化物全固态,每种都具有独特的历史起源与发展。

聚合物全固态电池自1973年开始研究,其优点包括良好的加工性、较大容量的电芯设计,以及与当前使用的液体电解质相似的性能。然而,它们也面临着离子传输率较低的问题,即必须在60度以上才能够提高到接近10^-3 S/cm,这意味着需要维持高温状态。此外,由于聚合材料本身具有不稳定的化学性质,其能量密度受到限制,而且兼容性问题对提升能量密度造成了挑战。

氧化物全固态电池则以其耐高压和更高离子传输速率而著称,可以达到10^-5至10^-3 S/CM级别,但比液体电解剂还要差。在此基础上,如LAGP和LATP等氧化材料被广泛研究。但是,氧化材料通常硬且脆弱,不利于制造大容量单元;同时,与正极活性材料之间的界面联系不足,以致从表面积扩散转变成点接触模式,导致大量损失。此外,大型单元难以制备,使得它们只能与液体或聚合多层复合,以减少含水量,从而实现混合型半固-半液状态。

硫化物全固状技术最显著之处在于它提供了最佳的接触效应,使得整体离子传输速率非常出色,同时粒子的柔韧性使得形成良好界面更加容易,是目前所有溶媒中唯一能够超越流动性的材料,因此成为未来可能实现的大规模应用候选者。而硫基材料虽然具备卓越性能,却因化学活性强而带来空气稳定性的挑战,对周围环境反应敏感,对运输、储存及处理过程构成了巨大的障碍,从而限制了其市场潜力。

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