什么是固态电池？.docx

《什么是固态电池？.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《什么是固态电池？.docx（8页珍藏版）》请在第一文库网上搜索。

1、什么是固态电池?目录1 .定义与原理12 .锂电池有什么种类？13 .固态电池与液态电池比较44 .固态电池优势65 .固态电池生产成本76 .产业化路径71 .定义与原理锂离子电池根据电解质不同可以分类为液态锂电池、固态电池两类。固态电池包括半固态电池、准固态电池和全固态电池。半固态电池是液态锂电池向全固态电池过渡的阶段，半固态电池的装车量产，能够提供一个缓冲阶段，为全固态电池产业链的提前布局打下基础。随着技术革新，混合固液电池将逐步减少液态电解质的用量，最终实现全固态的目标。2 .锂电池有什么种类？锂离子电池的重要种类：一、锂离子电池按外型分：有方型锂电（如常用的手机电池电芯）和柱形（如1

2、8650）二、锂离子电池外包材料分：铝壳锂离子电池，钢壳锂离子电池，软包电池三、锂离子电池从正负极材料（添加剂）分：沽酸锂（1iCOO2）电池或镒酸锂（1iMn2O4），磷酸铁锂离子电池，一次性二氧化锦锂离子电池；另一分：锂离子1IB,聚合物P1B便携式激光蚀刻机便携式激光蚀刻机智能锂电池,UART通讯标称电压：21.8V标称容量：15mAh电池尺寸：5180236mm应用领域：便携式激光设备、蚀刻机、打标机点击详情 锦酸锂离子电池锦酸锂离子电池是指正极使用锌酸锂材料的电池。锦酸锂离子电池其标称电压在2.54.2v,锯酸锂离子电池以成本低，安全性好而被广泛使用。用途范围：我国锦酸锂离子电池重要

3、是做动力锂电池，应用在新能源车辆领域。 三元聚合物锂离子电池三元聚合物锂离子电池是指正极材料使用银钻锯酸锂或者银钻铝酸锂的三元正极材料的锂离子电池，在容量与安全性方面比较均衡。三元复合正极材料前驱体产品，是以银盐、钻盐、锦盐为原料，里面银钻锦的比例可以根据实际要调整。三元锂离子电池能量密度更大，但安全性经常受到怀疑。无磁低温186502200mAh无磁低温186502200mAh 400.5C放电容量270%充电温度：045C放电温度：-40+55C 40最大放电倍率：IC 40放电容量保持率：0.5C放电容量270%点击详情用途范围：目前三元材料聚合物锂电芯在笔记本电池领域使用广泛，全球5大

4、电芯品牌SANYO,PANASONIC,SONY,1G,SAMSUNG都已推出三元材料的电芯。磷酸铁锂离子电池磷酸铁锂离子电池，是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。磷酸铁锂电热峰值可达350500而锦酸锂和钻酸锂只在200左右。工作温度范围宽广(-20C-+75C),有耐高温特性。磷酸铁锂离子电池用途范围：可适用于大型电动汽车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；轻型电动汽车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；电动工具：电钻、电锯、割草机等；遥控汽车、船、飞机等玩具；太阳能及风力发电的储能设备；UPS及应急灯、警示灯及矿灯；替代照相机中3V的一次性

5、锂离子电池及9V的银镉或银氢可充电电池；小型医疗仪器设备及便携式仪器等。不过目前广泛应用于新能源汽车领域，与三元聚合物锂离子电池和锌酸锂离子电池在汽车领域三足鼎立。钻酸锂离子电池钻酸锂离子电池可以算是锂离子电池正极材料的鼻祖，其电化学性能优越，振实密度大。钻酸锂离子电池结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，重要用于中小型号电芯，广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中，标称电压3.7V。锂离子电池又分为锂一次电池(又称锂原电池)与锂二次电池(锂充电电池)，与1912年由GiIbertN.1ewis一次提出，将人们的视线引向了活泼金属电池上。在锂二次电池的基

6、础上，又发展起来锂离子电池。1iMn2电池(锂一次电池)11MnOz电池是锂离子电池中应用较多的一种有机电解质电池，一般做成钮扣型或圆柱形，开路电压为3.5V,负荷电压为2.8V,比能量可达200Whkg和500Wh1,常温下电池储存寿命超过10年，且储存和放电过程中无气体放出，安全性能好。(-)1iI1iC1O4,PC+DMGIMnO2(+)负反应：1ie-&rair；1i+正反应：MnO2+1i+e-&rarr；MnOO1i电池反应：1i+MnC)2&rarr；MnOO1i按照上述反应，1iMn2放电时负锂生成1i+进入电解质溶液，正二氧化锌得电子还原成三价锦，同时，锂离子进入二氧化锦晶格

7、中形成MnOz(1i),即MnoO1i。这类电池重要用于低倍率放电。其能量比约为铅酸蓄电池的5至IJ7倍。电池储存和放电过程中无气体放出，自放电小，不会因活性物质分解引起电池内压增大。中小容量的电池适合于小型电子计算机、照相机及小型通讯机的电源，大容量的电池适合于要求电池比能量高、使用时间长的场合，因此可作为领域的理想电源。1i-SOC12（锂一次电池）11SOCk电池是一种研究较为成熟的有机电解质电池。其开路电压高达3.637V,且电压平稳、负荷电压精度高，同时还有较高的比能量。表1中给出一些常用小型电池系列活性物质成本比较，可以看出，1iSOCk电池是常用电池中成本低的。1i-SOCk电池

8、的电化学表达式为：（）1iI1iA1CH-SOC12IC（+）电解液是1iAICI4的SOC12溶液。SOCI2即是电解质的溶剂，又是正活性物质。电池反应：41i+2S0C12&rarr；41iC1+S+S02放电产物二氧化硫部分溶于SOQ2中，硫单质大量析出，沉积在正炭黑中，1iCI是不容物。这种电池的负锂与SoC12接触时会发生如下反应81i+3SOC12&rarr；61iCI+1i2S204+S2C12由于产物1iC1形成致密的保护膜阻碍了反应的进行，又由于它还是固体电解质膜，允许离子通过，所以不妨碍锂电的正常阳溶解。但是SOQ2电池存在两个突出问题，即电压滞后和安全问题。电压滞后是因为

9、1iC1的出现，它以薄膜的形式覆盖在锂阳表面，虽然可以防止电池自放电，但导致了电压滞后。另外，储存时间越长，储存温度越高，膜就会越厚，滞后现象越明显。当SOQ2电池短路时，会引发1i和S的热反应：21i+S=1i2S1i2S在145C下又可与SOQ2发生剧烈反应，导致爆炸。还有一种爆炸的原因是在正上沉积的锂形成枝晶，造成短路。1i与S反应，或者SO?也可以在负发生反应，终生成CkO这种十分不稳定的爆炸性物质。综上所述，锂离子电池有三元锂离子电池，磷酸铁锂离子电池，锦酸铁锂离子电池，银钻锂，锂离子电池，聚合物锂离子电池等等多个种类，不同类型的锂离子电池应用在不同的领域。3 .固态电池与液态电池比

10、较固态电池在构造上比传统液态电池要简单，固态电解质除了传导锂离子，也充当了隔膜的角色。在全固态电池中，不需要使用电解液、电解质盐、隔膜与黏接剂聚偏氟乙烯等材料，大大简化了电池的构建步骤。图1：全固态电池示意图1iCoO2Z1i10GeP2S12Z1i-In资料来源：汤卫平固态电解质及其全固态电池研究，光大证券研究所固态电池的工作原理与液态电池是相通的，充电时正极中的锂离子从活性物质的晶格中脱嵌，通过固态电解质向负极迁移，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。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。液态电池和固态电池是两种不同的电池技术

11、，它们的比较如下：1、制作原理：液态电池在电极上涂敷活性材料，然后将电极浸入液态电解质中，使电解质中的离子与电极上的活性材料发生反应并释放电子，从而产生电流。而固态电池则使用固态电解质代替液态电解质，固态电解质具有更高的离子传输速率和较低的电解质蒸发率，因此固态电池可以实现更高的能量密度和更短的充电时间。此外，固态电池还具有更好的安全性能，因为它们不会泄漏电解液或产生热失控。2、性能比较：固态电池相比传统锂离子电池具有更高的能量密度和功率密度，可以实现更长的续航里程和更快的充电速度。固态电池的稳定性和不易受到外部环境影响的特点，使得它具有更长的使用寿命和更小尺寸的设计。但是，固态电池技术目前仍

12、处于研究、开发和创新阶段，因此成本比传统锂离子电池更高，未来需要更多的投入和经验积累来实现成本降低。3、应用场景：对于一些需要高安全性和快速充电的应用，如电动汽车和移动设备，固态电池可能是更好的选择。而对于一些成本敏感且安全性要求不高的应用，如储能系统和太阳能电池板，液态电池可能更适合。此外，在大功率应用方面，一些特殊的大国重器上需要持续大电流的放电，通过固态电池可以减少武器装备的体积，在无人机、个人互动装备等方面也已有批量应用。4 .固态电池优势半固态电池属于固态电池中的一种，固态电池的优势适用于半固态电池，下文主要描述固态电池的优势。固态电池具有安全性好、能量密度高、更加灵活的成组方式等优

13、势。（1）固态电池安全性好。采用可燃有机电解液的传统锂离子电池，在过度充电、内部短路等异常情况下电解液会发热，有自燃甚至爆炸的危险。而固态电解质大多耐高温、不可燃，电池自燃或者爆炸的风险明显减小。不过，作为一种能量存储器件，所有电池从热力学角度来说都不可能是绝对安全的。电池实际应用中，真正决定其安全性的因素是多方面的，包括电池的电解质材料特性、电极材料特性、电池质量控制以及电池管理系统等影响因素。因此，虽然固态电解质的引入能从原理上极大提高安全性，但其后续生产的质量控制、电池管理系统依然十分重要。（2）固态电池能量密度高。半固态电池相较传统液态电池的能量密度更高，卫蓝新能源、国轩高科已研发出能

14、量密度为360Whkg的半固态电池。对于正极而言，固态电解质大多数拥有较宽的电化学窗口，可以兼容更多高电压正极材料（高锲正极、锲锦尖晶石正极等）。此外，全固态电池高电压比和良好的安全性还可以让电池管理系统更为简化，最后用于新能源汽车的电池系统能量密度还可以进一步提RJo（3）固态电池具有更加灵活的成组方式。固态电池可以采用内串的成组方式，通过将电池内部极片以串联方式连接的结构设计，实现单体电池电压的提升。具有内串结构的单体电池电压可达到多个电芯串联的电压水平，减少了包装结构的使用，提高成组效率。（4）固态电池有望在新能源汽车电池器件技术中更上一个台阶。除了安全性与能量密度高，新能源汽车电池器件

15、还需要满足众多要求，例如循环寿命长、工作温度范围宽、耐挤压、耐震动等，固态电池有望通过如下方式解决这些需求：为获得高的质量能量密度，采用高能量密度嵌入化合物、硫基材料等作为正极；为获得高的体积能量密度，采用致密薄层电解质技术、高压实密度正极等；为获得长循环寿命，控制正负极体积膨胀，保持界面接触，例如采用复合电极、柔性、无定型、凝胶态界面等；为实现宽温区工作(-70150C),采用超离子导体、固液结合、热管理等；为提高耐挤压针刺的能力，采用不易粉化的金属锂复合电极与不易氧化、不易燃易爆的固态电解质；为提高耐震动的水平，采用含有柔韧物质或者系统减震；为降低成本、易于量产，可通过提升能量密度与寿命，使原材料易于制备，且极片和电解质层/膜易于加工，电芯易于快速制备等等。5 .固态电池生产成本大规模量产时半固态电池的电芯BOM成本为0.5729元/Wh。半固态电池核心部材均为常规材料，材料成本低于液态电池。半固态电池环境管控要求高于液态电池，制造成本略高于液态电池。根据浙江锋锂2023年2月的预测，大规模量产时，半固态电池的电芯BOM成本预估为0.5729元/Wh,略低于液态电池的电芯BOM成本0.5766元/Wh。4：半固态电池与液态电池成本对比电芯电芯BOM成本(tWh)传BBis*成本占比电解液/用化剂成本占比(+电11液