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全固态锂金属电池近期研究成果及国内电池供应商布局

Source:Author: Addtime:2019-12-07 20:11:12

固态锂电池是一类运用固体电极资料和固体电解质资料的锂电池。与液态锂电池,混合固液锂电池不同,固态锂电池的电池单体中不含有任何液体电解质、液态溶剂及液态添加剂。



一、超薄柔性聚合物电解质助力高效全固态锂金属电池



近期,华中科技大学李真教授和黄云辉教授研讨团队报导了一种可规模化制备的超薄柔性聚合物电解质。他们运用简略的溶剂挥发法将聚环氧乙烷/双三氟甲烷磺酰亚胺锂聚合物电解质填充至聚乙烯隔阂的孔道内,制备了厚度仅为7.5μm的超薄复合聚合物电解质。


全固态锂金属电池近期研讨成果及国内电池供货商布局




二、固态聚合物锂电池失效机制及其表征技能



锂电池的失效行为包含循环容量丢失、内阻增大、过充、产气、内短路、热失控、日历失效等。为了深入研讨固态聚合物锂电池的失效机制,探求功能衰减的实质,提出针对性的功能进步战略,首要需求重视并充沛了解固态聚合物锂电池的失效行为。图1总结了固态聚合物锂电池的典型失效行为。


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因而,研讨失效机制和开展先进的表征技能是处理固态聚合物锂电池失效问题的理论基础和要害手法。 电极/电解质界面处的电荷转移和电化学安稳性是固态聚合物锂电池中最重要的问题,与三维导电网络、界面电荷转移动力学、界面电化学反响密切相关,直接影响电池的失效行为。



三、各种界面调控对电池电化学功能的影响规则



作者研讨团队运用传统固相反响,在氧气烧结气氛下制备了铝和钽共掺杂的LLZO固体电解质陶瓷片。图2为氧气气氛下烧结的Al-LLZTO的外表SEM图。可以看出,在烧结进程中,氧气气氛有利于削减晶界处孔隙,然后减小晶界对电导率的晦气影响。所制备的Al-LLZTO陶瓷片呈立方石榴石相[如图2所示],其具有致密度高、室温离子电导率高[7.4×10-4 S/cm,如 2所示]和电化学窗口宽等特色。因而,恰当的掺杂和烧结气氛,有利于优化晶界,减小晶界对电导率的晦气影响,然后进步陶瓷电解质致密度和离子电导率。


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作者根据现有研讨结果,提出了固态锂电池运用方面应满意的条件。根据陶瓷片的固态锂电池适合做消费类电子产品供电电源,应满意以下条件:



Li金属负极与LLZO陶瓷片应构成离子导电中心层,以促进Li离子在界面处的传输;



正极与LLZO陶瓷片之间应具有更小的界面阻抗,在循环进程中应保持优异的离子电导率。



一起,作者也对未来固态锂电池中的界面调控及优化做出展望。经过掺杂、优化烧结条件等,组成高纯度固体电解质陶瓷片,优化固体电解质内部界面,可进步其离子电导率。



固体硫化物电解质具有高的锂离子电导率及低的晶界阻抗,在室温下对资料进行限制即可运用,所以,固体硫化物电解质成为全固态锂电池开展的要害资料之一。但是,硫对湿度较为灵敏并伴有高压蒸汽的发生,因而有必要寻觅一种简略、安全且高效的硫化物电解质组成办法。考虑到液相反响可以在低温、慵懒气氛维护中进行,这为制备硫化物电解质的可行性拓荒了远景。近期,用于制备硫化物基固体电解质以及电解质和电极复合资料的液相组成办法,一起比较了所得复合电极资料在全固态锂电池中的充放电功能。


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1)悬浮组成法:将Li2S和P2S5溶解于有机溶剂中, 因为Li2S和P2S5在上述溶剂中溶解度较低,因而所得溶液为硫化物电解质的悬浮液,可经过进一步加热使溶剂蒸腾,然后取得硫化物电解质。



两种办法各有优缺点:以Li2S和P2S5为例,经过悬浮组成的硫化物电解质其组成温度范围在80°C —— 300°C,室温电导率最高可达1.5 × 10-3 S cm-1,但其组成进程中有中心相的生成。一起,运用球磨、超声等办法可以添加悬浮反响的动力学,缩短组成时刻。溶解-沉淀法在制备硫化物电解质的进程中可以组成热力学安稳的相,其热处理温度范围在80°C ——320°C,但在该温度范围内所得电解质的离子电导率 1 × 10-3 S cm-1。运用上述两种办法所得复合电极在全固态锂电池中表现出优异的充放电功能。



在方针的引领下,一场固态锂电池技能比赛现已敞开,估计混合固液锂电池2020年有望首先进入终端商场,固态锂电池2022年开端进入终端商场,最终跟着循环性、倍率、高低温、安全性等归纳技能指标的进步,逐步进入电动汽车商场。



国内动力电池供货商固态锂电池布局状况



开端时刻:



布局方法:



清陶动力



2002年



2002年,清陶动力创始人团队开端研制固态电池。






2018年



2018年,该公司建立,开端研制固态电池



开端时刻:



布局方法:



2018年,赣锋锂业推出第一代固态电池样品。



国轩高科



2017年



2017年,国轩高科宣告开端研制固态电池。



2019年,国轩高科将推出半固态电池的试生产线。



布局方法:



2018年,珈伟股份36Ah类固态经过国家机动车质量监督查验中心强制性查验。



布局方法:



2019年,辉能科技取得软银我国本钱1亿美元D轮融资。



北京卫蓝



2016年



2016年北京卫蓝建立,开端固态电池研制。



力神电池



2019年



2019年,力神电池宣告将聚集固态电池研制



布局方法:



横店东磁



2018年,横店东磁在安排调研中表明将安排研制固态电池。



布局方法:



鹏辉动力



鹏辉动力自研固态电池。



开端时刻:



布局方法:



中航锂电



中航锂电自研固态电池,现在已研制出样品。



开端时刻:



布局方法: