全固态锂离子电池的特点以及发展趋势分析

什么是全固态锂离子电池?人类社会的进步离不开社会上各行各业的努力，各种各样的电子产品的更新换代离不开我们的设计者的努力，其实很多人并不会去了解电子产品的组成，比如全固态锂离子电池。

自1991年投放市场以来，锂离子电池因其高能量密度和长寿命而备受关注。它已成为21世纪能源经济不可或缺的一部分。然而，锂离子电池在诸如汽车和储能之类的大型电池领域中的应用仍存在一些安全问题，亟待解决。锂离子电池的有机电解质易挥发，易燃易爆。全固态锂离子电池从根本上解决了这个问题，并具有容量大，重量轻的优点。全固态锂离子电池产业化的研究迫在眉睫。全固态锂离子电池使用全固态电解质起到二合一的用途，代替了传统电池中的隔膜和电解质，从而解决了安全问题。同时，在采用全固体电解质之后，可以将金属锂用作负极，从而新增能量密度。安全问题是产业发展的关键和基础，也关系到电池产业的生存；能量密度是行业研究与开发的核心，它与行业发展的前景有关。从解决安全问题和使用现有材料提高能量密度的角度来看，全固态锂离子电池有望满足工业发展的需求，值得大力发展。从时间节点的角度来看，全固态金属锂离子电池要比液态锂离子电池更早，但是在早期，全固态金属的电化学性能，安全性和工程制造锂离子电池一直无法满足应用要求。通过不断改进，液态锂离子电池的综合技术指标逐渐满足了消费电子市场的应用需求，并被越来越多的市场所接受。从技术发展趋势的角度来看，与液态锂离子电池相比，全固态金属锂离子电池可能具有安全性能好，能量密度高和循环寿命长的优点。

锂离子固体电解质数据作为全固态锂离子电池的核心组成部分，是实现其高功能的核心数据，也是影响其实际应用的瓶颈之一。固体电解质的发展历史已有一百多年了，有关固体电解质材料的讨论有数百篇。只要在室温或高温下固体电解质的电导率大于3s/cm，就可以在电化学电源系统中使用，并且大多数电导率的数据值比该值低几个数量级，这使得很少有固体电解质材料具有实际应用价值。全固态锂离子电池的整体低倍率性能是一个科学技术问题，要慢慢解决。成本不是最大的瓶颈。实际上，任何新技术或产品的成本在开始时都是相对较高的。一旦生产技术成熟并且产量新增，成本自然就会降低。因此，成本是行业可以解决的问题，而不是学术界可以解决的问题。。许多无机固体电解质材料是不易燃，不腐蚀，不挥发的，并且没有液体泄漏的问题。他们还有望克服锂树枝状现象。因此，期望所有基于无机固体电解质的固态锂二次电池都具有高安全性。聚合物固体电解质仍然具有一定的可燃风险，但是与包含易燃溶剂的液体电解质电池相比，其安全性得到了极大的提高。全固态电池看似简单，但也非常复杂。例如，液态锂离子电池的正极层包含各种成分，例如正极活性材料，导电剂，电解质和粘合剂。假如用全固体电解质代替，则由于在正极层中没有电解质渗透，因此存在多个成分。比例的组合的问题将非常复杂。制造液态锂离子电池就像用沙子和水泥铺路。加水可以调和石头，沙子和水泥，但是在所有固态电池中都没有液体物质。如何解决固体与固体之间的界面问题并确保有效物质的活性是非常具有挑战性的。假如全固态锂离子电池使用无机固体电解质，则最高工作温度有望提高到300°C甚至更高。目前，要提高大容量全固态锂离子电池的低温性能。电池的特定工作温度范围重要与电解质的高低温特性和界面电阻有关。