固態鋰電池或將解決電動汽車燃燒事故問題

2020-12-01 電子發燒友

固態鋰電池或將解決電動汽車燃燒事故問題

發表於 2019-02-17 09:40:35

傳統的液態鋰電池，被科學家們喻為「搖椅式電池」，搖椅兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。其中的鋰離子如同優秀的運動員在正負兩極間來回奔跑，在運動過程中即完成電池的充放電過程。

然而，這種看似有趣的結構卻存在隱患。據不完全統計，今年上半年電動汽車發生過10起燃燒事故。某消防單位對此總結，新能源汽車發生燃燒最為常見的場景表現為充電過程中的燃燒，此外，電池在行駛或停駛過程中也會產生燃燒。

安全性更高，可繼承液態鋰電池「江湖地位」

液態鋰電池為何會頻發爆炸，有專家分析，原因在於傳統鋰電池在大電流下工作有可能出現鋰枝晶，從而刺破隔膜導致短路破壞；電解液為有機液體，在高溫下會加劇發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向。

而近年來，學術界、產業界認為採用固態電池在安全性上相對有所保障，視其可以繼承液態鋰電池的「江湖地位」。

「儲能的春天已經到來，儲能行業開始萌芽開花，在各類儲能技術中，電池儲能最受關注，也是發展最快的儲能技術方向。全固態鋰離子電池是規模化儲能理想的化學電源。」中國科學院電工研究所儲能技術研究組陳永翀教授表示。

專家認為，全固態鋰離子電池採用固態電解質替代傳統有機液態電解液，有望從根本上解決電池安全性問題，是電動汽車和規模化儲能的理想化學電源。

北京理工大學電動車輛國家工程實驗室、中國電工技術學會電動車輛專業委員會委員孫立清曾表示，相較於傳統鋰電池，固態鋰電池的差異在於電解質固態化，理論上存在一定的優勢。

由於固態鋰電池採用鋰、鈉製成的玻璃化合物為傳導物質，取代以往鋰電池的電解液，大大提升了鋰電池的能量密度。採用固態電解質，可以阻止電池中的一些成分燃燒。

專家介紹，固態鋰電池的密度及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。因此，在同樣的電量下，固態電池體積將變得更小。而且，由於固態電池中沒有電解液，封存將會變得更加容易，在汽車等大型設備上使用時，也不需要再額外增加冷卻管、電子控制項等，不僅節約了成本，還能有效減輕重量。

開發還在路上，一些關鍵問題有待突破

將固態電解質引入鋰電池，是為了突破目前有機電解液存在的種種限制，提升電池的能量密度、功率、溫度範圍和安全性。與會專家提出，真正實現這些目標，仍需首先解決現有電解質材料本身以及與電極界面存在的問題。

中國科學院上海矽酸鹽研究所副研究員靳俊介紹說，近幾年他們實驗室主要開發採用固態電解質的鋰硫電池體系。用固態電解質修飾金屬鋰後，可以提高電池的循環穩定性。他們還提出一個雙電解質體系鋰硫電池概念，採用具有鋰離子導電特性LAGP體系的固體電解質，在正負極間採用少量液態電解液進行界面潤溼，測試結果可以看到，首次放電比容量能夠達到理論容量80％以上，尤其在充放電效率方面，基本上接近100％，完全沒有液態鋰硫電池中存在的穿梭效應問題。為了進一步解決電池的安全問題，他們把這個界面凝膠化，以保證裡面沒有流動態的電解液，通過聚合物進行修飾，還可以緩衝循環過程中的體積效應。

清華大學材料學院副教授李亮亮團隊，正在研製一種氧化物固態電解質及固態鋰電池的原型，採用三元正極，固態電解質膜和石墨負荷作負極，電池能量密度以及安全性非常好，上千次循環後容量保持81％。

合肥博澳國興能源技術有限公司鄭明森博士指出，目前研發的疊片式大容量固態聚合物鋰離子電池，結構相對簡單、節點少，不需要管理系統，在組裝電池組時只需串聯而非並聯。採用一些固態的電解液替代傳統的液態電解液，可以解決電池的漏液和碰撞後燃燒問題，提高了電池的安全性。

當然，固態電池開發還在路上，仍存在一些關鍵問題有待突破。專家表示，固體電池應用於儲能領域需考慮到長壽命、安全性等因素。另外，還需解決長期循環過程中的體積效應、穩定性和界面相容性等問題。

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