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全固态薄膜锂电池能量密度大幅提升将开辟新的未来
全固态薄膜锂电池能量密度大幅提升将开辟新的未来
  • 发布时间:2020-05-11 16:52

全固态薄膜锂电池能量密度大幅提升将开辟新的未来

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随着电子信息工业和微型加工技术快速发展,对其所需的微型能源则提出了特殊微型化的要求。其中全固态薄膜锂离子二次电池因其高的能量密度、强的安全性、长的循环寿命、宽的工作电压和重量轻等优点,成为微电池系统需求的最佳选择。全固态薄膜锂电池能量密度大幅提升,或开辟新未来。
 
 
全固态薄膜锂电池能量密度大幅提升
全固态薄膜锂电池是在衬底上将电池的各元素按照正极、电解质、负极的顺序依次制备成薄膜,最后封装而构成的一个电池。全固态薄膜锂电池作为电源主要优点是可制成任何尺寸直接集成在电路中;优越的充放电循环性能;工作温度范围大,适于许多极端场合。
 
全固态薄膜锂电池与现有锂电池的工作原理相同,最主要的区别是电池中没有有机电解液,取而代之的是固体的像纸一样的薄膜电解质,彻底解决了电解液泄漏的安全隐患。薄膜锂电池主要由固态的基片和基片表面的固态功能薄膜层构成,功能薄膜层包括电流收集极、正极、电解质、负极和封装保护膜,厚度仅10μm。这种电池的性能同样非常优异,它的能量密度达到360Wh/kg,比现在商业化锂离子电池还要高60Wh/kg。
 
在当今市场占主导地位的锂电池中,锂离子在电池充电时通过液体电解质从一个电极到达另一个电极,然后在使用时通过相反的方向流过。这些电池是非常有效的,但液体电解质具有化学不稳定性,甚至是易燃的。
 
使用了全固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系也会发生改变,其中核心的一点就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,使得整个电池的能量密度有明显提高。现在许多实验室中,都已经可以小规模批量试制出能量密度为300-400Wh/kg的全固态电池了。
 
全固态薄膜电池与锂离子电池的特点比较
1、安全性
固态锂电池的工作温度范围更大,即使因为局部发生短路,只是聚合物熔化,熔化以后成为绝缘体。如果发生热失控,把电池温度升高了,金属锂因为熔化温度是180摄氏度,即使到了180摄氏度,锂被熔化以后,在做电芯留一个空间,金属锂可以到预留的地方去。
 
2、体积小
传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,它们加起来占据了电池中近40%的体积和25%的质量。而如果把它们用固态电解质取代,正负极之间的距离可以缩短到甚至只有几到十几个微米,这样电池的厚度就能大大地降低。
 
3、柔性化的前景
全固态电池可以经过进一步的优化,变成柔性电池,从而带来更多的功能和体验。全固态电池在轻薄化后柔性程度也会有明显的提高,通过使用适当的封装材料,制成的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。
 
综合来看,全固态薄膜锂电池是未来的重要发展方向已是业内共识,全球工业巨头纷纷加快布局步伐,希望在全固态锂电池领域抢占先机。
 
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