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固態(tài)電池三大技術(shù)路線對比
固態(tài)電池三大技術(shù)路線對比
固態(tài)電池有三大主流技術(shù)路線：聚合物固態(tài)電池、氧化物固態(tài)電池、硫化物固態(tài)電池。固態(tài)電池的不同技術(shù)路線主要由不同的固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。根據(jù)固態(tài)電解質(zhì)的分類，固態(tài)電解質(zhì)主要有三大技術(shù)路線：
聚合物電解質(zhì)、氧化物電解質(zhì)、硫化物電解質(zhì)。其中，聚合物電解質(zhì)屬于有機(jī)電解質(zhì)，氧化物電解質(zhì)和硫化物電解質(zhì)屬于無機(jī)電解質(zhì)。理想的固態(tài)電解質(zhì)材料應(yīng)該擁有高離子電導(dǎo)率，對鋰金屬具有化學(xué)和電化學(xué)穩(wěn)定性，能夠很好地抑制鋰枝晶產(chǎn)生，制造成本較低，無需使用稀有金屬等特點(diǎn)。但目前三大技術(shù)路線各有優(yōu)缺點(diǎn)，未有能同時(shí)滿足以上要求的，在技術(shù)突破上仍存在一定的難度。總的來說，硫化物電解質(zhì)在全固態(tài)電池中頗具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>
聚合物電解質(zhì)：聚合物的優(yōu)點(diǎn)是易加工，與現(xiàn)有的電解液生產(chǎn)設(shè)備、工藝都比較兼容，機(jī)械性能好。其缺點(diǎn)包括：（1）離子電導(dǎo)率太低，需要加熱到 60℃高溫才能正常充放電；（2）化學(xué)穩(wěn)定性較差，無法適用于高電壓的正極材料，在高溫下也會發(fā)生起火燃燒的現(xiàn)象；（3）電化學(xué)窗口窄，電位差太大時(shí)（>4V）電解質(zhì)易被電解，使得聚合物的性能上限較低。
氧化物電解質(zhì)：其優(yōu)點(diǎn)在于具有較好的導(dǎo)電性和穩(wěn)定性，離子電導(dǎo)率比聚合物更高，熱穩(wěn)定性高達(dá)1000℃，機(jī)械穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性都較好。其缺點(diǎn)包括：（1）相對于硫化物，其離子電導(dǎo)率偏低，使得氧化物固態(tài)電池在性能提升過程中會遇到容量、倍率性能受限等一系列問題；（2）氧化物非常堅(jiān)硬，導(dǎo)致固態(tài)電池存在剛性界面接觸問題，在簡單的室溫冷壓情況下，電池的孔隙率非常高，可能導(dǎo)致電池?zé)o法正常工作。
硫化物電解質(zhì)：離子電導(dǎo)率最高，機(jī)械性能好，并且電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬（5V 以上），工作性能表現(xiàn)優(yōu)異，在全固態(tài)電池中發(fā)展?jié)摿ψ畲蟆Ｆ淙秉c(diǎn)包括：（1）界面不穩(wěn)定，容易與正負(fù)極材料發(fā)生副反應(yīng)，造成界面高阻抗，導(dǎo)致內(nèi)阻增大；（2）在制備工藝層面，硫化物固態(tài)電池的制備工藝比較復(fù)雜，且硫化物容易與空氣中的水、氧氣反應(yīng)產(chǎn)生硫化氫劇毒氣體。
其中，聚合物電解質(zhì)發(fā)展最為迅速，技術(shù)較成熟，最早推進(jìn)商業(yè)化應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)，但存在電導(dǎo)率低等缺點(diǎn)，性能上限較低，到目前也并未大面積鋪開。氧化物電解質(zhì)各方面的性能表現(xiàn)較為均衡，目前進(jìn)展較快。硫化物電解質(zhì)的電導(dǎo)率較高，性能表現(xiàn)優(yōu)異，適用于電動車，商業(yè)化潛力大，但研究難度也大，如何保持較高穩(wěn)定性有待解決。對固態(tài)電解質(zhì)的關(guān)鍵問題實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，將有望加速產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。
