固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路.doc

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1、固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路　　2020年前高镍正极+准固态电解质+硅碳负极实现300Wh／Kg，2025年前富锂正极+全固态电解质+硅碳／锂金属负极电池实现400Wh／Kg，2030年前燃料／锂硫／空气电池实现500Wh／Kg，核聚变电池是终极能源方式。　　1.基于安全和能量密度上的优势，固态电池已成为未来锂电池发展的必经之路。　　2.分类：液态/凝胶态只含有液体电解质，半固态(Halfsolid)液体电解质质量百分比电流，进而提升电池容量。　　　　5.电解质　　电解质材　　　PEO的氧化电位在3.8V，钴酸锂、层状氧化物、尖晶石氧化物等高能量密度正极难以与之

2、匹配，需要对其改性；其次，PEO基电解质工作温度在60～85℃,电池系统需要热管理；再次，倍率特性也有待提高。　　目前聚合物室温电导率较低以及较低的电压其大规模产业化发展仍有限制。　　　　7.氧化物循环性能良好，适用于薄膜柔性结构　　氧化物固体电解质按照物质结构可以分为晶态和非晶态两类，晶态电解质包括钙钛矿型、NASICON型(Na快离子导体)、石榴石型、LISICON型等，玻璃态(非晶态)氧化物的研究热点是用在薄膜电池中的LiPON型电解质和部分晶化的非晶态材料。　　　　氧化物晶态固体电解质化学稳定性高，部分样品可以在50C下工作,循环45000次后,容量保持率达95%

3、以上。　　氧化物的低室温电导率是主要障碍，目前改善方法主要是元素替换和异价元素掺杂。　　　　LiPON是全固态薄膜电池的标准电解质材料，并且已经得到了商业化应用。　　　　　　8.硫化物电导率最高，是未来主要方向　　硫化物主要包括thio-LISICON、LiGPS、LiSnPS、LiSiPS、Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3等，室温离子电导率可以达到10-3~10-2S/cm，接近甚至超过有机电解液，同时具有热稳定高、安全性能好、电化学稳定窗口宽(达5V以上)的特点，在高功率以及高低温固态电池方面优势突出。　　　　相对于氧化物，硫化物由于相对较软

4、，更容易加工，通过热压法可以制备全固态锂电池，但还存在空气敏感，容易氧化，遇水容易产生硫化氢等有害气体的问题。　　　　9.电极材料：固固界面问题　　电解质由液态换成固体之后，锂电池体系由电极材料-电解液的固液界面向电极材料-固态电解质的固固界面转化，固固之间无润湿性，界面接触电阻严重影响了离子的传输，造成全固态锂离子电池内阻急剧增大、电池循环性能变差、倍率性能差。　　　　正极材料一般采用复合电极，除了电极活性物质外还包括固态电解质和导电剂，在电极中起到传输离子和电子的作用。　　负极材料目前主要集中在金属锂负极材料、碳族负极材料和氧化物负极材料三大类，其中金属锂负极材料因其

5、高容量和低电位的优点成为全固态锂电池最主要的负极材料之一。　　　　10.工艺路线：基于目前电池工艺改进　　相对液态电池而言，性能更先进的固态电池结构更简单，核心构件正极、负极、固态电解质。　　　　至于生产成本，目前远超三元、磷酸铁锂等主流电池，但随着产业化的进程，凭借结构简单这一天然优势必会使制造成本低于目前主流电池。　　11.技术路线：半固态→准固态→全固态　　将已出现的跟固态锂电池相关的概念进行了梳理，并进行总结。　　液态/凝胶态锂电池：电芯在制造过程中不含有固体电解质，只含有液体/凝胶电解质的锂电池。　　半固态(Halfsolid)锂电池：电芯电解质中，液体电解质质

6、量百分比te;就开始利用自主开发的电动汽车“Bluecar”和电动巴士“Bluebus”在法国巴黎及其郊外提供汽车共享服务“Autolib”，几年来已累计投入了3000辆搭载30kWh的由BatScap制造的固态电池。　　　　正极材料采用LFP和LixV2O8，负极材料采用金属锂，电解质采用聚合物(PEO等)薄膜，但其能量密度仅为100Wh/kg，而且工作温度要求60~80℃，必须持续性将电动车电池加热至60°C以上来维持电池内部的导电能力。　　◆英国戴森+美国Sakit3美国Sakti3是全球氧化物固态电池龙头　　2008年，密歇根大学工程学教授玛丽·塞思特里创办了Sa

7、kti3，塞思特里致力于电池技术的研究已有20年，并且拥有70余项专利。　　2015年10月，被真空吸尘器创新者戴森以9000万美金的价格全资收购，以解决应用在其产品中的可充电锂离子电池续航时间不够长、安全性有限的问题。　　Sakti3目前存在的最大问题是其采用薄膜沉淀工艺的制造技术，简而言之就是将薄膜进行一层层的堆积。这就造成其成本居高不下，且在未来降低成本的可能性也不算太大。　　　　◆日本38家机构联合研发全固态锂电池，丰田是龙头　　2018年4月，日本经济产业省与日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)宣布启动新一代高