鋰離子動力電池是由正極結構材料、負極進行材料、液態電解液系統以及通過隔膜主要組成,電池在充放電時,鋰離子會在正負極相互之間需要來回往返擺動,而液態的電解液體系就是我們作為一個鋰離子往返的通道。固態鋰金屬離子電池是指將液態的電解液變成一種固態,即電池正負極之間存在沒有得到液態電解液,而是更換成固態電解液,鋰離子也可以實現在正負極間的往返穿插。
為什么企業需要開發固態鋰金屬電池? 它能帶來什么好處?
最常見的問題之一是液體電解質的泄漏,這些電解質在電池的高溫下發生反應,導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,導致電池短路,造成安全隱患。如果用不易燃固體電解質代替液體電解質可以防止鋰枝晶的燃燒或爆炸,而且高溫反應不可能在沒有電解質泄漏的情況下發生,那么,固態鋰金屬電池的基本驅動力之一就是它們在大電流下工作,而不會因為鋰枝晶刺穿膜而引起短路火災。
固態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。由于液體電解質不能使用高壓正負極材料,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,明顯提高了整個電池的能量密度。
另外,因為一個固態電解質賦予固態鋰金屬電池的結構簡單緊湊性,在電池系統結構進行設計研究方面發展更加具有自由,在相同的容量下,固態鋰金屬電池管理變得能夠更加輕靈。由于企業內部不含液態電解質,可以有效實現電芯內部的多層化設計,大大增加減少電池產品包裝殼體等用料,進一步為電池減負,裸電芯在物理沖擊下,不會影響出現起火冒煙爆炸的現象。
與西方國家相比,我國固態鋰金屬電池技術發展的成熟度還不夠,能夠具備合格規模生產的企業非常有限,未來需要繼續加強。 目前,我國已開始布局固態鋰金屬電池技術開發的優秀企業:寧德時代、比亞迪、國軒高科技、甘豐鋰業、嘉威鑫能等。
2020年8月6日,《寧德時報》回復稱,公司將繼續投資于尖端研發,密切關注市場需求和固態電池等尖端技術的發展,繼續通過研發突破技術壁壘。
2019年6月24日,比亞迪回復:目前公司固態電池仍處于研發階段,量產尚無明確時間表。
2019年6月21日,國軒高科回復,公司已在日本研究院進行了相應的固態電池技術研發。
2020年7月21日,贛鋒鋰業回復稱:公司作為第一代2億瓦時的固態電池中試線已經可以順利投產,產品生產性能更加全面發展達到一個公司通過固態電池技術研發管理團隊研制樣品的水平,公司正積極與車廠客戶信息對接固態電池的上車合作事宜。
隨著新能源汽車的迅速發展,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、高安全性的固態鋰金屬電池是大勢所趨。
