锂离子动力电池是由正极结构材料、负极进行材料、液态电解液系统以及通过隔膜主要组成,电池在充放电时,锂离子会在正负极相互之间需要来回往返摆动,而液态的电解液体系就是我们作为一个锂离子往返的通道。固态锂金属离子电池是指将液态的电解液变成一种固态,即电池正负极之间存在没有得到液态电解液,而是更换成固态电解液,锂离子也可以实现在正负极间的往返穿插。
为什么企业需要开发固态锂金属电池? 它能带来什么好处?
最常见的问题之一是液体电解质的泄漏,这些电解质在电池的高温下发生反应,导致电池起火等安全事故,以及充电过程中锂树枝的生长,这些树枝很容易刺穿薄膜,导致电池短路,造成安全隐患。如果用不易燃固体电解质代替液体电解质可以防止锂枝晶的燃烧或爆炸,而且高温反应不可能在没有电解质泄漏的情况下发生,那么,固态锂金属电池的基本驱动力之一就是它们在大电流下工作,而不会因为锂枝晶刺穿膜而引起短路火灾。
固态锂金属电池除了安全性能,还能大大提高锂电池的能量密度。由于液体电解质不能使用高压正负极材料,电池的最高能量密度为300wh/kg,而固体锂金属电池可以直接使用金属锂作为正极,而不用嵌锂石墨,从而大大减少了正极材料的用量,明显提高了整个电池的能量密度。
另外,因为一个固态电解质赋予固态锂金属电池的结构简单紧凑性,在电池系统结构进行设计研究方面发展更加具有自由,在相同的容量下,固态锂金属电池管理变得能够更加轻灵。由于企业内部不含液态电解质,可以有效实现电芯内部的多层化设计,大大增加减少电池产品包装壳体等用料,进一步为电池减负,裸电芯在物理冲击下,不会影响出现起火冒烟爆炸的现象。
与西方国家相比,我国固态锂金属电池技术发展的成熟度还不够,能够具备合格规模生产的企业非常有限,未来需要继续加强。 目前,我国已开始布局固态锂金属电池技术开发的优秀企业:宁德时代、比亚迪、国轩高科技、甘丰锂业、嘉威鑫能等。
2020年8月6日,《宁德时报》回复称,公司将继续投资于尖端研发,密切关注市场需求和固态电池等尖端技术的发展,继续通过研发突破技术壁垒。
2019年6月24日,比亚迪回复:目前公司固态电池仍处于研发阶段,量产尚无明确时间表。
2019年6月21日,国轩高科回复,公司已在日本研究院进行了相应的固态电池技术研发。
2020年7月21日,赣锋锂业回复称:公司作为第一代2亿瓦时的固态电池中试线已经可以顺利投产,产品生产性能更加全面发展达到一个公司通过固态电池技术研发管理团队研制样品的水平,公司正积极与车厂客户信息对接固态电池的上车合作事宜。
随着新能源汽车的迅速发展,提高汽车的耐久性和电池的安全性显得尤为重要。选择高能量密度、高安全性的固态锂金属电池是大势所趋。