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固態(tài)電池的優(yōu)缺點(diǎn) 固態(tài)電池的主要材料_工作原理_制作工藝

本原創(chuàng)文章由 MAIGOO文章編輯員370號(hào) 上傳提供 2024-09-18 評論 發(fā)布 糾錯(cuò)/刪除 版權(quán)聲明 0
導(dǎo)
語

固態(tài)電池是一種使用固體電極和固體電解質(zhì)的電池，它摒棄了傳統(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解質(zhì)，代之以固態(tài)電解質(zhì)來傳導(dǎo)離子。固態(tài)電池具有體積小、重量輕、安全性高、能量密度高、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)電池代表了下一代電池技術(shù)的發(fā)展方向，具有巨大的商業(yè)潛力和社會(huì)價(jià)值。下面為大家進(jìn)一步介紹固態(tài)電池的優(yōu)缺點(diǎn)、材料、原理等相關(guān)知識(shí)。

固態(tài)電池的原料是什么

  • 固態(tài)電解質(zhì)
    常見的固態(tài)電解質(zhì)材料包括氧化物（如氧化鋰石榴石LLZO）、硫化物（如硫化鋰）以及聚合物等。
  • 正極材料
    常見的正極材料包括過渡金屬氧化物（如鈷酸鋰、鎳鈷錳三元材料、磷酸鐵鋰等）、硫化物以及部分含鋰化合物。
  • 負(fù)極材料
    常見的負(fù)極材料包括金屬鋰（雖然存在枝晶生長等問題，但仍是研究熱點(diǎn)）、硅基材料（具有高能量密度但體積膨脹大）、碳材料（如石墨、碳納米管等）以及合金材料等。
  • 集流體
    集流體用于收集和傳導(dǎo)電極上產(chǎn)生的電流。在固態(tài)電池中，正極和負(fù)極都需要使用集流體，常見的集流體材料包括銅箔（用于負(fù)極）和鋁箔（用于正極）。
  • 粘結(jié)劑
    粘結(jié)劑用于將活性物質(zhì)（正極和負(fù)極材料）與集流體粘結(jié)在一起，形成電極片。常見的粘結(jié)劑材料包括聚偏氟乙烯（PVDF）、丁苯橡膠（SBR）等。
  • 其他輔助材料
    據(jù)maigoo小編所知，固態(tài)電池的生產(chǎn)還可能涉及其他輔助材料，如導(dǎo)電劑（用于提高電極的導(dǎo)電性）、隔膜（用于隔離正負(fù)極并允許離子通過）等。
固態(tài)電池的優(yōu)缺點(diǎn)
固態(tài)電池優(yōu)點(diǎn)
更高的能量密度
固態(tài)電池通過優(yōu)化電池結(jié)構(gòu)和材料，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度，從而提供更長的續(xù)航里程。
更好的安全性
固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了液態(tài)電解質(zhì)，從根本上消除了電解液泄漏、燃燒和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。
更長的循環(huán)壽命
固態(tài)電解質(zhì)有助于減少鋰枝晶的形成，從而延長電池的循環(huán)壽命。
更快的充電速度
理論上，固態(tài)電池能夠支持更高的電流密度，從而實(shí)現(xiàn)更快的充電速度。
更寬的工作溫度范圍
固態(tài)電池能在更寬的溫度范圍內(nèi)工作，包括低溫環(huán)境。
固態(tài)電池缺點(diǎn)
成本較高
目前，固態(tài)電池的生產(chǎn)成本遠(yuǎn)高于液態(tài)鋰離子電池，這主要是由于固態(tài)電解質(zhì)材料的研發(fā)成本、生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性以及生產(chǎn)規(guī)模的限制。
技術(shù)成熟度不足
固態(tài)電池技術(shù)仍處于發(fā)展階段，尚未完全成熟。在規(guī)?；a(chǎn)、一致性控制、界面穩(wěn)定性等方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)，需要進(jìn)一步的研發(fā)和優(yōu)化。
電導(dǎo)率相對較低
與液態(tài)電解質(zhì)相比，固態(tài)電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率通常較低，這可能會(huì)影響電池的功率密度和充放電速率。
固態(tài)電池為什么更安全
固態(tài)電解質(zhì)的高安全性
固態(tài)電解質(zhì)與液態(tài)電解質(zhì)相比，具有不可燃的特性。可減少熱失控和起火的風(fēng)險(xiǎn)，另外固態(tài)電池沒有液態(tài)電解質(zhì)，因此不存在電解液泄漏和腐蝕電極材料的風(fēng)險(xiǎn)。
抑制鋰枝晶的生長
鋰枝晶是鋰離子電池在充放電過程中形成的一種尖銳結(jié)構(gòu)，容易刺穿隔膜導(dǎo)致內(nèi)部短路。固態(tài)電解質(zhì)由于其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，能夠有效抑制鋰枝晶的生長。
高熱穩(wěn)定性
固態(tài)電解質(zhì)具有較高的熱穩(wěn)定性，即使在高溫環(huán)境下也不易分解或產(chǎn)生可燃?xì)怏w。
內(nèi)部無液體流動(dòng)
固態(tài)電池內(nèi)部無液體流動(dòng)，使得電池在遭受外部沖擊時(shí)，不易發(fā)生短路或泄漏等安全問題。
更強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度
固態(tài)電解質(zhì)的高機(jī)械強(qiáng)度也提升了電池的整體安全性，使其更能承受外部沖擊和振動(dòng)。
固態(tài)電池續(xù)航能達(dá)到多少

  • 買購網(wǎng)編輯了解到，固態(tài)電池已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)單次續(xù)航突破一千公里，甚至有的技術(shù)預(yù)測能夠達(dá)到2000公里的續(xù)航里程。

固態(tài)電池的工作原理
固態(tài)電池如何儲(chǔ)能

鋰離子遷移
當(dāng)固態(tài)電池充電時(shí)，外部電源為電池提供電能。在電勢差的作用下，正極材料中的鋰離子開始從正極晶格中脫嵌出來。這些鋰離子隨后穿過固態(tài)電解質(zhì)，向負(fù)極遷移。
電子轉(zhuǎn)移
為了保持電荷平衡，電子通過外電路從正極流向負(fù)極。這些電子在負(fù)極與遷移過來的鋰離子結(jié)合，形成鋰化合物并儲(chǔ)存在負(fù)極材料中。
能量儲(chǔ)存
隨著鋰離子的不斷遷移和電子的轉(zhuǎn)移，電池內(nèi)部儲(chǔ)存的化學(xué)能逐漸增加，電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并儲(chǔ)存在電池中。
固態(tài)電池如何充電
鋰離子反向遷移
當(dāng)固態(tài)電池放電時(shí)，負(fù)極材料中的鋰化合物開始分解，鋰離子從負(fù)極材料中脫嵌出來，并在化學(xué)勢差的作用下穿過固態(tài)電解質(zhì)向正極遷移。
電子回流
同時(shí)，為了維持電荷平衡，電子通過外電路從負(fù)極流回正極。這些電子在正極與遷移過來的鋰離子結(jié)合，形成正極材料并釋放出儲(chǔ)存的化學(xué)能。
能量釋放
隨著鋰離子的反向遷移和電子的回流，電池內(nèi)部儲(chǔ)存的化學(xué)能逐漸轉(zhuǎn)化為電能并釋放出來，驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備工作。
固態(tài)電池生產(chǎn)工藝
制備原材料
制作固態(tài)電池要先制備好材料，固態(tài)電解質(zhì)、正負(fù)極材料等材料需要經(jīng)過精細(xì)的制備和篩選過程。
混合與涂布
將正負(fù)極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑按一定比例混合均勻，然后涂布在集流體（如銅箔或鋁箔）上。
壓實(shí)與裁切
涂布后的電極需要進(jìn)行壓實(shí)處理，以提高其密度和導(dǎo)電性。然后，根據(jù)電池設(shè)計(jì)的尺寸進(jìn)行裁切，得到合適的電極片。
電解質(zhì)層制備
將固態(tài)電解質(zhì)材料制備成合適的形狀和厚度，以便與電極片進(jìn)行組裝。
堆疊與卷繞
將正極片、電解質(zhì)層和負(fù)極片按一定順序堆疊或卷繞在一起，形成電池的核心部分。在堆疊或卷繞過程中，需要確保各層之間緊密接觸且無短路現(xiàn)象。
外殼成型
根據(jù)電池設(shè)計(jì)的尺寸和形狀，制作電池的外殼。外殼材料應(yīng)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和密封性能。
注入電解液（如有需要）
雖然固態(tài)電池以固態(tài)電解質(zhì)為主，但在某些情況下可能需要注入少量液體電解液以增強(qiáng)離子傳導(dǎo)性能。這一步驟并非所有固態(tài)電池生產(chǎn)工藝中都有。
封裝與封口
將堆疊或卷繞好的電池核心部分放入外殼中，并進(jìn)行封裝和封口處理。Maigoo編輯提醒，封裝過程中需要確保電池內(nèi)部無空氣和雜質(zhì)進(jìn)入，以提高電池的安全性和穩(wěn)定性。
性能測試
對封裝好的固態(tài)電池進(jìn)行性能測試，包括充放電循環(huán)測試、倍率性能測試、安全性能測試等。通過測試評估電池的性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求。
品質(zhì)控制
對生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的品質(zhì)控制，確保每個(gè)電池的質(zhì)量都符合標(biāo)準(zhǔn)。對不合格的電池進(jìn)行篩選和處理，避免流入市場。
固態(tài)電池和鋰電池區(qū)別
電解質(zhì)差異
固態(tài)電池
使用固態(tài)電解質(zhì)，如硫化物、氧化物等。
鋰電池
通常使用有機(jī)液態(tài)電解質(zhì)，如碳酸酯或醚類物質(zhì)。
電極材料差異
固態(tài)電池
可以選擇多種高容量的材料作為正負(fù)極。
鋰電池
正極材料通常為金屬鋰的化合物（如鋰鈷氧、鋰鎳錳鈷等），負(fù)極材料為石墨或硅基材料。
性能特點(diǎn)差異
能量密度
固態(tài)電池的能量密度通常高于鋰電池。
充電速度
固態(tài)電池的充電速度通常更快。
電壓穩(wěn)定性
固態(tài)電池的電壓穩(wěn)定性和使用壽命通常高于鋰電池。
安全性差異
固態(tài)電池
由于使用固態(tài)電解質(zhì)，不易燃、不易爆，因此安全性更高。
鋰電池
存在易燃易爆的風(fēng)險(xiǎn)，特別是在高溫或受到物理損傷時(shí)可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸。
成本差異
固態(tài)電池
制造成本相對較高，主要因?yàn)樾枰褂眯滦偷墓虘B(tài)電解質(zhì)和高性能的電極材料。
鋰電池
制造成本相對較低，部分原因是其使用了較為成熟的液態(tài)電解質(zhì)和電極材料。
固態(tài)電池和液態(tài)電池的區(qū)別
電解質(zhì)差異
固態(tài)電池
采用固態(tài)電解質(zhì)，如氧化物、硫化物或聚合物等。
液態(tài)電池
使用液態(tài)電解質(zhì)，通常為含鋰鹽的有機(jī)溶液。
電極材料差異
固態(tài)電池
正極材料常見的有鋰鈷氧化物、鎳鈷錳氧化物等，負(fù)極材料則可能采用鋰金屬或石墨。
液態(tài)電池
正極材料與固態(tài)電池相似，但負(fù)極材料通常使用石墨。
性能特點(diǎn)差異
能量密度
在相同體積或重量下，固態(tài)電池能夠儲(chǔ)存更多的能量。
安全性
固態(tài)電解質(zhì)不易燃、不易泄漏。而液態(tài)電池的液態(tài)電解質(zhì)易燃，且存在泄漏風(fēng)險(xiǎn)。
循環(huán)壽命
固態(tài)電池的循環(huán)壽命通常較長，液態(tài)電池的循環(huán)壽命相對較短。
成本差異
固態(tài)電池
成本相對較高，這主要是由于其技術(shù)尚未成熟且生產(chǎn)工藝復(fù)雜
液態(tài)電池
技術(shù)成熟且生產(chǎn)規(guī)模大，成本相對較低。
固態(tài)電池維修保養(yǎng)
固態(tài)電池的壽命是多少年

  • 固態(tài)電池相比傳統(tǒng)液態(tài)電池在壽命方面有著顯著的優(yōu)勢。傳統(tǒng)電動(dòng)車電池的使用壽命大約為20年，而固態(tài)電池的壽命至少是其兩倍以上，甚至可以達(dá)到50年。

固態(tài)電池如何保存
溫度控制
Ma_igoo編輯提醒固態(tài)電池應(yīng)存放在適宜的溫度范圍內(nèi)，一般建議在-20℃至+50℃之間，以避免過高或過低的溫度對電池性能產(chǎn)生不利影響。
濕度與通風(fēng)
保持存放環(huán)境的干燥，防止?jié)駳鈱﹄姵卦斐蓳p害。確保存放地點(diǎn)具有良好的通風(fēng)條件，以便及時(shí)排除可能產(chǎn)生的有害氣體或熱量。
避免機(jī)械沖擊
在搬運(yùn)和存放固態(tài)電池時(shí)，應(yīng)避免劇烈震動(dòng)和摔落，以防止電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞。
固態(tài)電池壞了能修嗎
專業(yè)檢測
當(dāng)固態(tài)電池出現(xiàn)故障或性能下降時(shí)，應(yīng)將其送至專業(yè)的維修站點(diǎn)進(jìn)行檢測和維修。
更換電解質(zhì)
如果電解質(zhì)老化或損壞導(dǎo)致電池性能下降，可能需要更換新的電解質(zhì)。這通常需要專業(yè)的技能和設(shè)備來完成。
修復(fù)正負(fù)極
如果正負(fù)極出現(xiàn)損壞或老化，專業(yè)維修人員可能會(huì)使用專業(yè)的修復(fù)劑進(jìn)行修復(fù)。然而，需要注意的是，并非所有類型的固態(tài)電池都支持正負(fù)極的修復(fù)。
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