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电气应用期刊固态电池三大技术路线的优缺点对偶分析

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,并且其机械性能较为柔软,与当前使用的液体电解液在性能上存在一定相似性。这种设计使得它与现有的锂电池工艺有着较高的一致性,因此更容易通过对现有设备进行改造来实现大规模生产。

按技术路线分类,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态电池。聚合物全固状态的研究始于1973年,而氧化物和硫化物则分别在1953年和1981年开始被探索。

聚合型全固态电池之所以受到青睐,是因为它具备多项优点。首先,它可以轻松地进行加工并制备出容量较大的单元。此外,由于材料柔软,其机械性能也表现出色。此外,这种类型的电子设备还能保持与目前使用中的液体溶剂相似的各项指标,使得制造过程更加接近现行锂离子技术,从而更容易实施批量生产。

然而,聚合型全固态技术也面临一些挑战。首先,由于采用了有机材料,其化学性能并不如无机材料强劲。而且,它们需要以60摄氏度以上的温度才能提高离子的传输速率,以达到10^-3 S/cm左右。这意味着它们必须维持一个稳定的高温环境。此外,由于这些材料不够兼容,最终限制了能量密度的提升能力,对磷酸铁锂兼容性良好,但却不适用于三元系统,这进一步限制了能量密度增强潜力。

氧化质型全面状态具有许多吸引人的特点,其中之一就是它们对高压力的耐受能力,以及比聚合质型更高的导通率。在某些情况下,氧化质料可提供10^-5到10^-3 S/CM级别的离子传输速率。不过,与流动性的比较时,它们仍然无法完全取代液状介质作为最佳选择。代表性的例子包括LAGP和LATP等不同类型的氧化质料。

尽管如此,氧化质全面状态同样存在不足之处。一是由于其坚硬特性,当用作制作中间隔时,不太可能避免破裂;二是在正负极之间形成固定连接所需努力过大,因为这导致从表面接触转变成了点接触,从而增加了界面的损耗;因此,大容量单元难以实现。此外,要想降低含水量,就不得不将氧化质料与其他材质结合起来,即形成混合形式,如目前广泛应用的事实所示。

最后但同样重要的是硫盐型全面状态。这一类型拥有卓越的地理联系性,使得整体上的离子传递速度非常出色,同时由於粒子的柔软程度,更容易形成平面式连接,为所有全面状态选项中唯一能够超越流动性的选项,也是未来最有希望成为普遍应用选项的一种充填方式。但同时,这样的产品成本极其昂贵,而且空气稳定性也不佳,因为硫盐具有高度活跃化学反应,对空气、溶剂以及正负极活动材都表现出了强烈反应,因此对于稳定界面这一问题构成严峻挑战,并影响到了生产、运输及处理等环节,从而限制了它的大范围应用可能性。

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