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氧化物固体电解质固体电池电解质的理想选择


宣布时间:

2022-08-08 17:40

目前海内许多动力电池制造商已经推出了重量和能量密度在300Wh/kg以上的动力电池产品,以满足电动汽车对高能量密度动力电池日益增长的续航里程。可是基于液体电解质的锂离子电池的能量密度很快就会触及天花板,目前普遍认为现有锂离子电池系统的能量密度上限为350Wh/kg。为了进一步提高电池的能量密度,需要接纳新的系统。从现有技术来看,基于固体电解质的全固态电池技术是比较好的选择。

全固态电池使用固体电解质,比液体电解质具有更高的机械强度,能够抑制锂枝晶的生长。因此理论上使用Li金属负极可以使全固态电池抵达500Wh/kg以上的能量密度,但实际上固态电池另有许多问题需要克服,如界面接触、固态电池生产工艺、固态电解质薄膜变薄等,所以目前大部分固态电池还处于实验室探索阶段。固体电解质可分为氧化物、硫化物和有机聚合物,其中氧化物电解质因其高导电性和良好的情况适应性而获得广泛研究。

氧化物固态电池制备中的主要问题是如何获得孔隙率较低、电导率较高的电解质层。为了抵达这个目的,烧结是一种常见的方法。然而最近的研究标明,大大都阴极质料在高温下会与固体电解质反应。为了降低孔隙率和提高固体电解质的电导率,烧结温度通常需要抵达1000以上。因此氧化物固态电池阳极的制备不可通过简单的烧结来解决,需要接纳更庞大的工艺。

氧化物固体电解质技术也用于固体燃料电池和固体电容器,可以为氧化物固态电池的生产提供一定的参考。目前可用于氧化物固态电解质薄膜的常用制备工艺如下表所示。气相沉积法在制备大尺寸和大厚度薄膜时误差概率大,因此不实用,而等离子体或火焰喷涂法由于质料的稳定性而无法应用,因此只有六种要领可用于氧化物固态电池的生产。

氧化物固体电解质电导率高,情况稳定性好,是固体电池电解质的最佳选择之一。但固体电解质硬度高,加工性能差,设计合适的生产工艺更为重要。同时由于现阶段固体电池的生产本钱仍然比较高,通过降低原质料本钱和规模效应,可以有效降低固体电池的生产本钱,预计可以降低到150美元/千瓦时。

 

 

氧化物

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