固态电池是公认的下一代动力电池,它或将取代液态电解质锂离子电池。目前,包括宁德时代、比亚迪、国轩高科等企业都声称在该领域有深度的研究,只是具体情况不得而知。

 

那么,相对于当前市场主流的锂离子电池,固态电池有着怎样的优点与缺点呢?

 

优点 1、安全性好

液态电解质易燃易爆,以及在充电过程中锂枝晶的生长容易刺破隔膜,引起电池短路,造成安全隐患。而固态电解质可以抑制锂枝晶、不易燃烧、不易爆破、无电解液走漏、不会在高温下发生副反应等,也就是说在大电流下工作不会因出现锂枝晶而刺破隔膜导致短路,不会在高温下发生副反应,不会因产生气体而发生燃烧,因此,安全性被认为是固态电池发展的最根本驱动力之一。

 

优点 2、能量密度高

液体电解质电池能量密度最高可至 300Wh/kg,但是超过 500Wh/kg 被认为是不可能的。全固态电解质后,电池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,这样可以大大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。固态电池研发可提供的能量密度基本可达 300-400Wh/kg。

 

优点 3、循环性能强

固态电解质解决了液态电解质在充放电过程中形成的固体电解质界面膜的问题和锂枝晶现象,大大提升了锂电池的循环性和使用寿命,理想情况下循环性能表现优异,能够达到 45000 次左右。

 

优点 4、适用范围扩大

固态电解质赋予固态锂电池结构紧凑、规模可调、设计弹性大等特点,即可应用于驱动微型电子器件,也可用于动力和储能领域。此外,固态电池也拥有更宽的温度工作范围,目前基本保证-25℃—60℃的温度范围。

 

在拥有优点的同时,固态电池也有极其明显的缺点。这些缺点,其实正是固态电池研究过程中需要解决的问题。

 

缺点 1、界面阻抗过大

固态电解质与电极材料之间的界面是固--固状态,因此电极与电解质之间的有效接触较弱,离子在固体物质中传输动力学低。

 

缺点 2、成本相对较高

据了解,液态锂电池的成本大约在 120-200 美元/KWh,如果使用现有技术制造足以为智能手机供电的固态电池,其成本会接近 1 万美元,而足以为汽车供电的固态电池成本更是达到令人咋舌的 5000 万美元以上。

 

固态电解质电导率总体偏低导致了其倍率性能整体偏低,内阻较大,充电速度慢,且成本总体偏高,现在的固态电池如果要和普通锂离子电池在传统市场上竞争,并没有太大的优势。

 

因此,发挥固态电池本身高安全性、高温稳定性、可能达到的柔性等其它多功能特性,与传统锂离子电池在差异化的市场中进行竞争,可能是固态电池近期内比较有希望的市场突破方向。