固態(tài)電池優(yōu)勢(shì)有哪些？

固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)

       固態(tài)電池具有高能量密度和高安全性的顯著優(yōu)勢(shì)，成為下一代高性能鋰電池。從性能對(duì)比來(lái)看，理論上，固態(tài)電池在離子電導(dǎo)率、能量密度、耐高壓、耐高溫、循環(huán)壽命等各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于液態(tài)電池，兼顧了傳統(tǒng)液態(tài)鋰電池?zé)o法兼顧的高能量密度和高安全特性，成為電動(dòng)汽車的理想電池。固態(tài)電池的優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：

      （1）高安全性

       液態(tài)鋰電池易受熱失控。過(guò)度充電、撞擊、短路、泡水等因素會(huì)導(dǎo)致電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)上升，上升至90°C 時(shí)負(fù)極表面 SEI 膜開始分解，嵌鋰碳直接暴露于電解液并反應(yīng)放熱、產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，進(jìn)而融化隔膜形成內(nèi)短路；溫度上升至 200°C 后促進(jìn)電解液氣化分解，電池發(fā)生劇烈燃燒及爆炸。

       相對(duì)液態(tài)鋰電池，固態(tài)電池則具有五大安全特性。1）固態(tài)電解質(zhì)具有高機(jī)械強(qiáng)度，可抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，不易造成短路。2）不易燃燒、不易爆炸。3）無(wú)持續(xù)界面副反應(yīng)。4）無(wú)電解液泄漏、干涸問(wèn)題。5）高溫壽命不受影響或更好。

     （2）高能量密度

       傳統(tǒng)液態(tài)電池的能量密度已經(jīng)接近 350Wh/kg 的理論極限。固態(tài)電池的電化學(xué)窗口寬，能夠承受更高的電壓（5V 以上），材料可選擇的范圍更廣。由于電池能量密度等于工作電壓乘比容量，而電池總體比容量遵循木桶效應(yīng)，受限于正負(fù)極中較低的一極。目前固態(tài)電池中，石墨負(fù)極比容量為372mA·h/g，硅基負(fù)極理論比容量為 4200mA·h/g，鋰金屬負(fù)極理論比容量為 3860mA·h/g，都顯著高于正極。因此正極材料成為鋰離子電池性能進(jìn)一步提升的主要瓶頸。而全固態(tài)電解質(zhì)不僅能夠兼容上述高比容量負(fù)極材料與常規(guī)正極材料體系，還可匹配高比容量的正極材料，使得能量密度達(dá)到 500Wh/kg 甚至更高。

     （3）寬溫區(qū)運(yùn)行

       傳統(tǒng)液態(tài)電池工作溫度范圍較小。在低溫條件下，液態(tài)電池因電解液粘度增大，電導(dǎo)率降低、電解液/電極界面阻抗和電荷轉(zhuǎn)移阻抗增大、鋰離子遷移速率降低等原因?qū)е滦阅芟陆怠４送庖簯B(tài)電池在高溫條件下受限于電解液閃點(diǎn)低、隔膜融化溫度低，存在燃燒風(fēng)險(xiǎn)。固態(tài)電解質(zhì)電池則不存在電解質(zhì)低溫凝固問(wèn)題，同時(shí)高溫狀態(tài)受影響小、安全性高，因而具有更大工作溫度范圍，可達(dá)-40°C~150°C，顯著優(yōu)于液態(tài)電池。

     （4）體積小

       傳統(tǒng)液態(tài)電池需要使用隔膜和電解液，二者占據(jù)了電池中近 40%的體積和 25%的質(zhì)量。固態(tài)電池使用固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電池的隔膜和電解液，正負(fù)極之間的距離可以縮短到只有幾到十幾個(gè)微米，從而大幅降低電池的厚度。因此，同樣的電量，固態(tài)電池的體積將變得更小。