鋰離子動(dòng)力電池是由正極結(jié)構(gòu)材料、負(fù)極進(jìn)行材料、液態(tài)電解液系統(tǒng)以及通過隔膜主要組成,電池在充放電時(shí),鋰離子會(huì)在正負(fù)極相互之間需要來回往返擺動(dòng),而液態(tài)的電解液體系就是我們作為一個(gè)鋰離子往返的通道。固態(tài)鋰金屬離子電池是指將液態(tài)的電解液變成一種固態(tài),即電池正負(fù)極之間存在沒有得到液態(tài)電解液,而是更換成固態(tài)電解液,鋰離子也可以實(shí)現(xiàn)在正負(fù)極間的往返穿插。
為什么企業(yè)需要開發(fā)固態(tài)鋰金屬電池? 它能帶來什么好處?
最常見的問題之一是液體電解質(zhì)的泄漏,這些電解質(zhì)在電池的高溫下發(fā)生反應(yīng),導(dǎo)致電池起火等安全事故,以及充電過程中鋰樹枝的生長,這些樹枝很容易刺穿薄膜,導(dǎo)致電池短路,造成安全隱患。如果用不易燃固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)可以防止鋰枝晶的燃燒或爆炸,而且高溫反應(yīng)不可能在沒有電解質(zhì)泄漏的情況下發(fā)生,那么,固態(tài)鋰金屬電池的基本驅(qū)動(dòng)力之一就是它們?cè)诖箅娏飨鹿ぷ鳎粫?huì)因?yàn)殇囍Т檀┠ざ鸲搪坊馂?zāi)。
固態(tài)鋰金屬電池除了安全性能,還能大大提高鋰電池的能量密度。由于液體電解質(zhì)不能使用高壓正負(fù)極材料,電池的最高能量密度為300wh/kg,而固體鋰金屬電池可以直接使用金屬鋰作為正極,而不用嵌鋰石墨,從而大大減少了正極材料的用量,明顯提高了整個(gè)電池的能量密度。
另外,因?yàn)橐粋€(gè)固態(tài)電解質(zhì)賦予固態(tài)鋰金屬電池的結(jié)構(gòu)簡單緊湊性,在電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究方面發(fā)展更加具有自由,在相同的容量下,固態(tài)鋰金屬電池管理變得能夠更加輕靈。由于企業(yè)內(nèi)部不含液態(tài)電解質(zhì),可以有效實(shí)現(xiàn)電芯內(nèi)部的多層化設(shè)計(jì),大大增加減少電池產(chǎn)品包裝殼體等用料,進(jìn)一步為電池減負(fù),裸電芯在物理沖擊下,不會(huì)影響出現(xiàn)起火冒煙爆炸的現(xiàn)象。
與西方國家相比,我國固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)發(fā)展的成熟度還不夠,能夠具備合格規(guī)模生產(chǎn)的企業(yè)非常有限,未來需要繼續(xù)加強(qiáng)。 目前,我國已開始布局固態(tài)鋰金屬電池技術(shù)開發(fā)的優(yōu)秀企業(yè):寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科技、甘豐鋰業(yè)、嘉威鑫能等。
2020年8月6日,《寧德時(shí)報(bào)》回復(fù)稱,公司將繼續(xù)投資于尖端研發(fā),密切關(guān)注市場需求和固態(tài)電池等尖端技術(shù)的發(fā)展,繼續(xù)通過研發(fā)突破技術(shù)壁壘。
2019年6月24日,比亞迪回復(fù):目前公司固態(tài)電池仍處于研發(fā)階段,量產(chǎn)尚無明確時(shí)間表。
2019年6月21日,國軒高科回復(fù),公司已在日本研究院進(jìn)行了相應(yīng)的固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)。
2020年7月21日,贛鋒鋰業(yè)回復(fù)稱:公司作為第一代2億瓦時(shí)的固態(tài)電池中試線已經(jīng)可以順利投產(chǎn),產(chǎn)品生產(chǎn)性能更加全面發(fā)展達(dá)到一個(gè)公司通過固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)管理團(tuán)隊(duì)研制樣品的水平,公司正積極與車廠客戶信息對(duì)接固態(tài)電池的上車合作事宜。
隨著新能源汽車的迅速發(fā)展,提高汽車的耐久性和電池的安全性顯得尤為重要。選擇高能量密度、高安全性的固態(tài)鋰金屬電池是大勢所趨。