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似,易于通过设备改造实现规模化生产。这些特点使得聚合物全固态电池成为目前最具可行性的固态电池技术之一。
从历史发展来看,三种类型的固态电池各自拥有悠久的研究历史。聚合物全固态电池自1973年开始研发;氧化物全固态电池更早期,从1953年便有相关研究;而硫化物全固状态电池则是在1981年才开始探索。
聚合物全固状态电池的优点包括良好的加工性、较大的容量和与液体电子解液类似的性能。但是,这种材料也存在局限性,如离子导率较低(仅在60°C以上时提升至10^-3 S/CM),且不如无机材料表现出色,并且对磷酸铁锂兼容性好,但与三元材料兼容性差,因此限制了能量密度的提升。
氧化物全固状态电池以其耐高压和高离子导率(达到10^-5-10^-3 S/CM)著称,但仍然无法完全替代液体电子解液。典型代表如LAGP、LATP等氧化质材显示出良好的性能。
然而,氧化质材制成的大容量芯片面临着机械脆弱的问题,使得它们容易破裂。此外,与正极活性材料之间的接触效应不足以形成有效界面,从而导致了大量界面损耗问题。这限制了使用纯氧化质材制备大容量芯片的事实可能迫使其与其他材料进行复合,以降低电子解液含量并实现混合型半干式或干式设计。
硫基绝缘层,全溶剂条件下具有最高离子传输速率,其柔软粒子的特征促进了稳定面的形成,是所有绝缘层中唯一能够超越标准室温盐桥溶剂速度水平的一种可能性,也是未来最有前景的技术路径之一。
尽管如此,由于硫基绝缘层自身具有化学活性,它们会迅速反应并产生副产品,这些副产品可能会影响到整个系统功能。而且,由于空气稳定性的缺乏,以及它与各种化学品以及正负极活性原料之间强烈反应,它们在实际应用中的成本非常昂贵,并且在生产、运输及后续处理过程中遇到了诸多挑战。