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固態(tài)電解質(zhì)是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池高安全性、能量密度、循環(huán)壽命性能
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 上海洗霸    2023-05-23

當(dāng)下新能源電池類型以液態(tài)鋰離子電池為主，即所使用的電解質(zhì)為液態(tài)電解質(zhì)，但傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池能量密度已接近技術(shù)天花板，且存在一定的電池爆炸燃燒等安全性缺陷，相關(guān)材料體系的升級(jí)也已接近理論極限。固態(tài)電解質(zhì)是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池高安全性、能量密度、循環(huán)壽命性能的關(guān)鍵。

目前全球多國(guó)政 府及各大車企及電池廠商均在積極倡導(dǎo)和布局固態(tài)/半固態(tài)鋰電池，相比液態(tài)鋰 電池，固態(tài)/半固態(tài)鋰電池是將電解質(zhì)從液態(tài)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)/固液混合電解質(zhì)， 使鋰電池在安全性、低溫可靠性和能量密度三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)突破性提升，兼具高能量密度和高安全性兩大優(yōu)勢(shì)，能量密度可突破 500Wh/kg。

根據(jù)電解質(zhì)的種類，固態(tài)電解質(zhì)可分為聚合物、硫化物及氧化物三條技術(shù)路線。聚合物優(yōu)點(diǎn)為易于加工、生產(chǎn)工藝兼容、界面相容性好、機(jī)械性能好， 缺點(diǎn)為常溫離子電導(dǎo)率低、電化學(xué)窗口略窄、熱穩(wěn)定性和能量密度提升有限， 制約了其大規(guī)模應(yīng)用；硫化物被認(rèn)為發(fā)展?jié)摿Υ?，?yōu)點(diǎn)為電導(dǎo)率高、兼具強(qiáng)度與加工性能、界面相容性好，缺點(diǎn)為與正極材料兼容度差、對(duì)鋰金屬穩(wěn)定性差、 對(duì)氧氣和水分敏感、存在潛在污染問(wèn)題、生產(chǎn)工藝要求高且成本較高，目前仍 處于研發(fā)階段；氧化物綜合性能最好，優(yōu)點(diǎn)為電化學(xué)窗口寬、熱穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高，鋰離子導(dǎo)電率高、成本適中，缺點(diǎn)為難以加工、固—固界面相容性差。

氧化物電解質(zhì)是含有鋰以及其他成分（磷、鈦、鋁、鑭、鍺、鋅、鋯）的 化合物，可分為晶態(tài)和非晶態(tài)兩類，非晶態(tài)主要為 LiPON 型，晶態(tài)類可分為鈣鈦礦型（LLTO）、 反鈣鈦礦型（LOC）、石榴石型（LLZO/LLZTO）、快離 子導(dǎo)體型（LATP/LZG）等幾類。

根據(jù)多個(gè)國(guó)家制定的固態(tài)電池發(fā)展目標(biāo)和產(chǎn)業(yè)技術(shù)規(guī)劃，2020-2025 年著力 提升電池能量密度并向固態(tài)電池轉(zhuǎn)變，預(yù)期在 2030 年將研發(fā)出可商業(yè)化使用的 全固態(tài)電池。

固態(tài)電解質(zhì)作為液態(tài)鋰電池向固態(tài)/半固態(tài)鋰電池轉(zhuǎn)變的基礎(chǔ)和核心材料，在固態(tài)電池梯次滲透和逐步產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中，均會(huì)被應(yīng)用于固態(tài)電池的研發(fā)和技術(shù)革新，因此其規(guī)?；瘧?yīng)用將早于固態(tài)電池的全面產(chǎn)業(yè)化，預(yù)期將在 2025-2030 年實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用。

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