鉅大LARGE | 點擊量:300次 | 2023年06月19日
全固態(tài)薄膜電池能量密度大幅提升,或開辟新未來
全固態(tài)薄膜鋰離子電池能量密度大幅提升,或開辟新未來。隨著電子信息工業(yè)和微型加工技術(shù)快速發(fā)展,對其所需的微型能源則提出了特殊微型化的要求。其中全固態(tài)薄膜鋰離子二次電池因其高的能量密度、強的安全性、長的循環(huán)壽命、寬的工作電壓和重量輕等優(yōu)點,成為微電池系統(tǒng)需求的最佳選擇。全固態(tài)薄膜鋰離子電池能量密度大幅提升,或開辟新未來。
全固態(tài)薄膜鋰離子電池能量密度大幅提升
全固態(tài)薄膜鋰離子電池是在襯底上將電池的各元素按照正極、電解質(zhì)、負極的順序依次制備成薄膜,最后封裝而構(gòu)成的一個電池。全固態(tài)薄膜鋰離子電池作為電源重要優(yōu)點是可制成任何尺寸直接集成在電路中;優(yōu)越的充放電循環(huán)性能;工作溫度范圍大,適于許多極端場合。
全固態(tài)薄膜鋰離子電池與現(xiàn)有鋰離子電池的工作原理相同,最重要的差別是電池中沒有有機電解液,取而代之的是固體的像紙相同的薄膜電解質(zhì),徹底解決了電解液泄漏的安全隱患。薄膜鋰離子電池重要由固態(tài)的基片和基片表面的固態(tài)功能薄膜層構(gòu)成,功能薄膜層包括電流收集極、正極、電解質(zhì)、負極和封裝保護膜,厚度僅10μm。這種電池的性能同樣非常優(yōu)異,它的能量密度達到360Wh/kg,比現(xiàn)在商業(yè)化鋰離子電池還要高60Wh/kg。
在當今市場占主導地位的鋰離子電池中,鋰離子在電池充電時通過液體電解質(zhì)從一個電極到達另一個電極,然后在使用時通過相反的方向流過。這些電池是非常有效的,但液體電解質(zhì)具有化學不穩(wěn)定性,甚至是易燃的。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
使用了全固態(tài)電解質(zhì)后,鋰離子電池的適用材料體系也會發(fā)生改變,其中核心的一點就是可以不必使用嵌鋰的石墨負極,而是直接使用金屬鋰來做負極,這樣可以明顯減輕負極材料的用量,使得整個電池的能量密度有明顯提高?,F(xiàn)在許多實驗室中,都已經(jīng)可以小規(guī)模批量試制出能量密度為300-400Wh/kg的全固態(tài)電池了。
全固態(tài)薄膜電池與鋰離子電池的特點比較
1、安全性
固態(tài)鋰離子電池的工作溫度范圍更大,即使因為局部發(fā)生短路,只是聚合物熔化,熔化以后成為絕緣體。假如發(fā)生熱失控,把電池溫度升高了,金屬鋰因為熔化溫度是180攝氏度,即使到了180攝氏度,鋰被熔化以后,在做電芯留一個空間,金屬鋰可以到預留的地方去。
2、體積小
傳統(tǒng)鋰離子電池中,要使用隔膜和電解液,它們加起來占據(jù)了電池中近40%的體積和25%的質(zhì)量。而假如把它們用固態(tài)電解質(zhì)取代,正負極之間的距離可以縮短到甚至只有幾到十幾個微米,這樣電池的厚度就能大大地降低。
3、柔性化的前景
全固態(tài)電池可以經(jīng)過進一步的優(yōu)化,變成柔性電池,從而帶來更多的功能和體驗。全固態(tài)電池在輕薄化后柔性程度也會有明顯的提高,通過使用適當?shù)姆庋b材料,制成的電池可以經(jīng)受幾百到幾千次的彎曲而保證性能基本不衰減。
綜合來看,全固態(tài)薄膜鋰離子電池是未來的重要發(fā)展方向已是業(yè)內(nèi)共識,全球工業(yè)巨頭紛紛加快布局步伐,希望在全固態(tài)鋰離子電池領域搶占先機。