全固態(tài)薄膜鋰離子電池簡介和特點

來源：存能電氣  日期：2019-09-19 15:45  瀏覽量：次

　　全固態(tài)薄膜鋰離子電池簡介和特點。我國的薄膜型全固態(tài)鋰電池的研究與商業(yè)化起步相對較晚。隨著新能源汽車的興起,鋰離子電池越來越受到關(guān)注。全固態(tài)鋰離子薄膜電池由于安全性更高等優(yōu)點,日益受到重視。

　　全固態(tài)薄膜鋰離子電池簡介

　　所謂全固態(tài)薄膜鋰離子電池簡單來說就是指電池結(jié)構(gòu)中所有組建都是以固態(tài)形式存在，而如今傳統(tǒng)的商業(yè)化的鋰離子電池則是液態(tài)鋰離子電池即電解液是液態(tài)溶液狀。具體來說就是把傳統(tǒng)鋰離子電池的液態(tài)電解液和隔膜替換為固態(tài)電解質(zhì)，一般是以鋰金屬為負極，也可是石墨類及其他復(fù)合材料。

　　薄膜型全固態(tài)鋰電池是在傳統(tǒng)鋰離子電池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)的鋰離子電池。其基本工作原理與傳統(tǒng)鋰離子電池類似，即在充電過程中Li+從正極薄膜脫出，經(jīng)過電解質(zhì)在負極薄膜發(fā)生還原反應(yīng)；放電過程則相反。

　　在薄膜型全固態(tài)鋰電池中，電解質(zhì)起著至關(guān)重要的作用，直接影響到薄膜電池的充放電倍率、循環(huán)壽命、自放電、安全性以及高低溫性能。

　　薄膜鋰離子電池在結(jié)構(gòu)上使用固態(tài)電解質(zhì)層取代了傳統(tǒng)鋰離子電池原有的電解液和隔膜，由致密的正極、電解質(zhì)、負極薄膜在襯底上疊加而成，并且在加工制備、電化學(xué)特性等方面有著顯著的差異。

　　薄膜型全固態(tài)鋰電池通常使用磁控濺射、脈沖激光沉積、熱蒸發(fā)等鍍膜方法或者化學(xué)氣相沉積、溶膠-凝膠等合成方法成膜。基于以上制備工藝，薄膜型全固態(tài)鋰電池的電極薄膜十分致密，與體型固態(tài)電池的多孔電極相比，電極材料的利用率可有效提高。

　　全固態(tài)薄膜鋰離子電池特點

　　全固態(tài)薄膜鋰離子電池具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。

　　全固態(tài)鋰電池采用全新固態(tài)電解質(zhì)取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系具有廣泛適配性，可進一步提升質(zhì)量能量密度，從而有望成為下一代動力電池的終極解決方案。

　　（1）高安全性能：無機固態(tài)電解質(zhì)材料不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不存在漏液問題，聚合物固體電解質(zhì)相比于含有可燃溶劑的液態(tài)電解液，電池安全性也大幅提高。

　　（2）高能量密度：全固態(tài)鋰電池負極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達到300～400Wh/kg甚至更高；其電化學(xué)穩(wěn)定窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極材料，進一步提升質(zhì)量能量密度。

　　（3）循環(huán)壽命長：有望避免液態(tài)電解質(zhì)在充放電過程中持續(xù)形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環(huán)性和使用壽命。

　　（4）工作溫度范圍寬：全固態(tài)鋰離子電池針刺和高溫穩(wěn)定性極好，如全部采用無機固體電解質(zhì)，最高操作溫度有望達到300℃，從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應(yīng)可能導(dǎo)致的熱失控。

　　（5）生產(chǎn)效率提高：無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機構(gòu)，可減少電池組中無效空間，提高生產(chǎn)效率。

　　基于以上特性，薄膜型全固態(tài)鋰電池可廣泛的應(yīng)用于智能卡、電子標簽、集成電路等領(lǐng)域，被認為是微電子系統(tǒng)電源供應(yīng)中唯一可用的能源器件以及可穿戴電子設(shè)備的理想電源，還可以應(yīng)用于可植入醫(yī)療器件、航天航空等特殊領(lǐng)域。

　　總體而言，我國有待進一步突破國外的技術(shù)封鎖，實現(xiàn)薄膜型全固態(tài)鋰電池技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的自主化。下一代薄膜型全固態(tài)鋰電池的發(fā)展，依賴于新型關(guān)鍵材料的研究和薄膜制備技術(shù)的突破。