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发展固态电池技术!有望破解电动车安全难题

来源:东北网      2018/12/10   浏览8957次   

[摘要]动力电池的安全性影响到电动汽车的发展!


作为电动汽车的“心脏”,动力电池与目前大热的新能源汽车一样备受瞩目。其中,锂离子电池因其具有能量密度高、自放电率低、循环效率高、循环寿命长等特点,颇受新能源汽车产业青睐,市场发展潜力巨大。但目前的锂离子电池技术尚未成熟,安全性不稳定的问题仍然存在,而发展固态电池技术或将成为破解电动车安全问题的新选择。


固态电解质成趋势


“现在所使用的锂离子电池成本较高,技术也不成熟,所产的锂离子电池存在不少安全隐患。”哈尔滨工业大学教授王振波表示。


据了解,近年来大型动力电池事故频发,很大程度上是由于电池内部使用液态电解质。“是否安全对锂离子电池储能来说非常关键。”清华大学材料学院副教授李亮亮强调。


“目前选择使用的液态有机电解液易燃易爆,用固态电解质代替液态电解液,是我们公认可以提升锂电池安全性能最为有效的方法之一。”中国科学院青岛生物能源与过程研究所副研究员董衫木表示。


李亮亮说:“固态电解质不易燃,还不会产生液态电解液,因此不带腐蚀性,是解决电池安全性问题的有效方法,也符合未来电池发展的趋势。”


技术瓶颈待突破


据了解,高安全性是储能电池应用的基础和前提,固态化是解决二次电池安全性的有效途径。固态锂电池已进入全球加快布局和研发的阶段,很多著名机构都在开发固态锂电池。包括韩国三星、日本丰田和我国众多电池和汽车厂商,都加大了固态电池研发投入,目前已有部分电池进入装车测试阶段。尽管前景可期,但由于技术和工艺上的种种问题,发展固态电池的道路绝非一帆风顺。


首先,高效的电解质材料体系缺乏。董衫木认为,“现今固态电池采用的固态电解质普遍存在性能短板,距离高性能锂离子电池系统的要求仍有不小的差距。”


其次,固态电解质和电极的界面处理也是固态电池目前面临的一大难题。“在固体电解质中锂离子传输阻抗很大,与电极接触的刚性界面接触面积小,在充放电过程中电解质体积的变化容易破坏界面的稳定。”李亮亮指出。此外,在固态锂电池中,电极内部还存在复杂的多级界面,电化学以及形变等因素都会导致接触失效影响电池性能。


再次,长期使用时稳定性不理想也是长寿命储能固态电池发展的瓶颈。


新技术层出不穷


据介绍,针对固态电池,我们要从最基础的材料、界面、单体,一直到最终的系统模块进行研究,只有从根本上解决了关键材料和界面问题,才能开展系统的工艺研究,从而满足单电池的性能要求。


面对发展过程中接连不断的挑战,各种新技术“百家争鸣”。


比如,在固体电解质材料上,业内发现基于石榴石结构的锂镧锆氧(LLZO)固体电解质体系的固态电池具有优异的循环性能和倍率性能,它也因此成为一大技术热点。“LLZO是一种性能优异的填料,能够提高聚合物基复合固态电解质的性能。基于LLZO的固态电池循环1000次后容量仍能保持81%。”李亮亮介绍。


而界面处理的研究热点主要集中在界面设计及修饰层上,目前凝胶化的界面设计已经取得了较好成果。通过凝胶态的聚合物对界面进行修饰,增加接触面积的同时还可以缓冲循环过程中的体积效应,在室温下经过300次循环,基本无退化,这样的结构设计较好的改善了电池性能。


总的来说,对于固态电池的研究,目前还是偏学术多些,基于工程化应用方面的技术还需要进行进一步探究。


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(责任编辑:刘晓娜)


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