【干货】解析全固态动力电池

根据国家规划，2020年电芯能量密度达到350Wh/Kg，2025年电芯能量密度达到400Wh/Kg，2030年电芯能量密度达到500Wh/Kg。目前锂离子电池比能量密度低于300 Wh/kg，如何使电池能量密度从200Wh/kg提高到500Wh/kg 以上？传统锂电池电解液在高温下发生燃烧或者爆炸，如何避免这种危险发生？今天给大家介绍一种解决以上问题的方案——全固态电池。

全固态锂电池工作原理与液态电解质锂离子电池的原理相通：

1. 充电过程：正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固体电解质向负极迁移，电子通过外电路向负极迁移，两者在负极处复合成锂原子、合金化或嵌入到负极材料中

2. 放电过程：与充电过程恰好相反，此时电子通过外电路驱动电子器件。

固体电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色，电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等都不需要使用，大大简化了电池的构建步骤。

全固态电池按电解质分类：

1. 无机全固态锂电池-无机固体电解质组成的锂离子电池

2. 聚合物全固态锂电池-以有机聚合物电解质组成的锂离子电池

全固态电池的优势：

1. 最大优势是安全耐用。内部无液体，无流动性，电池可承受穿钉、切开、剪开、折弯。发生危险后，无强燃烧性，不易发生爆炸。

2. 长寿命：充放电次数长达40000-100000次

3. 能量密度高：质量能量密度高，相同体积的电池重量更轻；体积能量密度高，相同质量的电池体积更小。

4. 耐高电压：不会出现传统有机电解液高电压下电解液分解现象。

此外，全固态电池将突破现有锂电池的生产方式：不必封入液体，可以简化电池外装，从而能以卷对卷方式制造大面积的电池单元。可将多个电极层叠，并在电池单元内串联，制造出12V或24V的大电压电池单元。

全固态电池也有一些需要解决的问题：

1. 固体电解质材料导电率低 ( <10-3S/cm),内阻较大，高倍率放电时压降较大，近期难以解决电池快充问题,低温性能有待进一步提高。固态电解质的电导率随着温度上升也会有明显的提高，因此全固态电池高温工作性能好。

2. 固态电解质/电极间界面阻抗大，界面相容性较差，界面锂离子电导率较低，固态电解质在充放电过程中体积膨胀和收缩，导致界面容易分离。

3. 有待设计和构建与固态电解质相匹配的电极，研究和开发出适合于固态电解质的锂离子电池体系。

4. 目前无机体系的固态电池很多采用CVD/PVD等复杂的工艺制备，生产(沉积薄膜)速度慢，成本昂贵，单体电池容量小，只适合做小型电子器件用的电池。

随着动力电池技术的飞速发展，这些问题的解决只是时间问题。预计全固态电池车辆大概在2019年在中国出现，全固态电池产业化是必然趋势，也是未来电动汽车革命性变革的重要因数。目前世界各国竞相推动全固态电池产业化。这将是未来动力电池产业竞争最激烈的领域。