全固態薄膜鋰離子電池簡介和特點

來源：存能電氣  日期：2019-09-19 15:45  瀏覽量：次

　　全固態薄膜鋰離子電池簡介和特點。我國的薄膜型全固態鋰電池的研究與商業化起步相對較晚。隨著新能源汽車的興起,鋰離子電池越來越受到關注。全固態鋰離子薄膜電池由于安全性更高等優點,日益受到重視。

　　全固態薄膜鋰離子電池簡介

　　所謂全固態薄膜鋰離子電池簡單來說就是指電池結構中所有組建都是以固態形式存在，而如今傳統的商業化的鋰離子電池則是液態鋰離子電池即電解液是液態溶液狀。具體來說就是把傳統鋰離子電池的液態電解液和隔膜替換為固態電解質，一般是以鋰金屬為負極，也可是石墨類及其他復合材料。

　　薄膜型全固態鋰電池是在傳統鋰離子電池的基礎上發展起來的一種新型結構的鋰離子電池。其基本工作原理與傳統鋰離子電池類似，即在充電過程中Li+從正極薄膜脫出，經過電解質在負極薄膜發生還原反應；放電過程則相反。

　　在薄膜型全固態鋰電池中，電解質起著至關重要的作用，直接影響到薄膜電池的充放電倍率、循環壽命、自放電、安全性以及高低溫性能。

　　薄膜鋰離子電池在結構上使用固態電解質層取代了傳統鋰離子電池原有的電解液和隔膜，由致密的正極、電解質、負極薄膜在襯底上疊加而成，并且在加工制備、電化學特性等方面有著顯著的差異。

　　薄膜型全固態鋰電池通常使用磁控濺射、脈沖激光沉積、熱蒸發等鍍膜方法或者化學氣相沉積、溶膠-凝膠等合成方法成膜。基于以上制備工藝，薄膜型全固態鋰電池的電極薄膜十分致密，與體型固態電池的多孔電極相比，電極材料的利用率可有效提高。

　　全固態薄膜鋰離子電池特點

　　全固態薄膜鋰離子電池具有極高的安全性，其固態電解質不可燃、無腐蝕、不揮發、不漏液，同時也克服了鋰枝晶現象，搭載全固態鋰電池的汽車的自燃概率會大大降低。

　　全固態鋰電池采用全新固態電解質取代當前有機電解液和隔膜，具有高安全性、高體積能量密度，同時與不同新型高比能電極體系具有廣泛適配性，可進一步提升質量能量密度，從而有望成為下一代動力電池的終極解決方案。

　　（1）高安全性能：無機固態電解質材料不可燃、無腐蝕、不揮發、不存在漏液問題，聚合物固體電解質相比于含有可燃溶劑的液態電解液，電池安全性也大幅提高。

　　（2）高能量密度：全固態鋰電池負極可采用金屬鋰，電池能量密度有望達到300～400Wh/kg甚至更高；其電化學穩定窗口可達5V以上，可匹配高電壓電極材料，進一步提升質量能量密度。

　　（3）循環壽命長：有望避免液態電解質在充放電過程中持續形成和生長SEI膜的問題和鋰枝晶刺穿隔膜問題，大大提升金屬鋰電池的循環性和使用壽命。

　　（4）工作溫度范圍寬：全固態鋰離子電池針刺和高溫穩定性極好，如全部采用無機固體電解質，最高操作溫度有望達到300℃，從而避免正負極材料在高溫下與電解液反應可能導致的熱失控。

　　（5）生產效率提高：無需封裝液體，支持串行疊加排列和雙極機構，可減少電池組中無效空間，提高生產效率。

　　基于以上特性，薄膜型全固態鋰電池可廣泛的應用于智能卡、電子標簽、集成電路等領域，被認為是微電子系統電源供應中唯一可用的能源器件以及可穿戴電子設備的理想電源，還可以應用于可植入醫療器件、航天航空等特殊領域。

　　總體而言，我國有待進一步突破國外的技術封鎖，實現薄膜型全固態鋰電池技術與產業的自主化。下一代薄膜型全固態鋰電池的發展，依賴于新型關鍵材料的研究和薄膜制備技術的突破。