全固态电池能够成为电池科研与工业界公认的下一步电池发展的主流方向,与其独特的性能有着直接的关系。
高安全性:固态电池因其固态电解质可以将空气正极侧和锂金属负极侧分离,能够完全防止大气成分和锂金属的直接反应,而且电池的最高工作温度可以从现在的40℃提升到更高,这样就可以使电池的适应工作温度区间更宽,应用范围也会更广。因此安全性是全固态电池领域发展的最根本驱动力之一。
高能量密度:固态电池将传统锂离子电池的隔膜和电解液换成了固态的电解质材料后,锂离子电池的适用材料体系也发生改变,最为核心的一点是可以不必使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得电池的能量密度有明显提高。而能量密度的提高则有利于把电池做得更加轻便,我国新能源汽车的发展方向之一就是轻量化,如果固态电池能够实现商业化,将会对此有所贡献。
柔性化前景:由于固态电池可轻薄化的体态优势,使其具有可进一步优化成柔性电池的潜质。由固态电池发展成的柔性电池可以经受几百到几千次的弯曲而保证性能基本不衰减,这种电池对于一些可穿戴电子设备是最佳的电源选择。苹果公司大力研发固态电池,也正是看中了其柔性化的前景。
然而一种产品的问世,总需要经过各种考验,固态电池也不例外。全固态锂电池中,电极与固体电解质之间的固-固接触相比固-液接触具有更高的界面接触电阻,同时,界面相容性和稳定性也显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。此外,固态电池还面临生产工艺待提高、成本待下降的发展瓶颈。
常州煜明电子有限公司研发团队开发出一系列综合性能优异的全固态聚合物电解质,该新型全固态电解质膜的电化学窗口可高达4.6v,电解质热稳定温度至少能达到200℃,当这种电解质用于全固态锂离子电池时,经过1000次的充放电长循环,仍保持92%的容量。目前这种高能量密度、高性能全固态锂电池已经通过了11000米全海深模拟压力仓循环压力测试,将来有望成为“蛟龙号”等全海深深潜器的理想能量动力。