固态锂电池的工作原理与优点介绍

动力电池领域公认：如果电动汽车的电池能量密度可以从当前主流电池的160Wh/kg，提升至400Wh/kg，电动汽车完全可以取代传统燃油车。

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》  

因此，国内外电池厂商开始研发下一代的动力电池。其中，固态电池研发技术路径是被寄予厚望的“超级电池”研发技术路径。  

有机构预测，到2030年，全球固态电池需求预计可达500GWh，市场规模可超过3000亿元人民币。   与此同时，固态电池的研发也成为国家战略。目前，中国、美国、日本、德国等世界主要经济体均制定了各自的固态电池发展规划。

各国发展规划总括如下：在2020-2025年期间致力于提升电池能量密度，并逐步向固态电池转变；2030年前后，研发出商业化运用的全固态电池（含个人理解）。   目前，日本的丰田、松下、本田，韩国的LG，德国的宝马、大众，中国的宁德时代、比亚迪等动力电池巨头均已布局固态电池领域。  

下文主要介绍固态锂电池    

1、固态锂电池的工作原理   固态锂电池的工作原理与传统的基于有机电解液的锂离子电池的工作原理相同。   充电时，锂离子从正极脱出，经电解液（质）传输，进入负极，电子从外电路，由正极转移到负极。在放电过程中，锂离子从负极脱出，经电解液（质）传输，进入正极，电子从外电路，由负极转移到正极。  

在固态锂电池中，固态电解质取代了传统锂离子电池中的隔膜和电解液，实现正负极之间的锂离子传输和阻挡电子的作用。    

2、固态锂电池的优点   在传统的锂离子电池中，溶剂及锂盐的副反应，会导致电池容量衰减、电池老化、电池安全性能降低等问题。并且当金属锂为负极时，金属锂的非均匀沉积，会导致锂枝晶生长，锂枝晶生长可能穿透隔膜，造成电池短路。  

相比传统的锂离子电池，固态电池具有如下优点：  

（1）安全性更高。基于无机固体电解质的固态电池中不存在基于有机电解液锂离子电池的漏液及爆炸等安全性问题。  

（2）工作温度范围更宽。宽离子电池（根据网络资料理解：工作温度范围更宽的传统锂离子电池）在高温工作时，会出现热失控。低温工作时，会出现液体电解液凝固的问题。基于无机固体电解质的固态电池，可以避免宽离子电池的上述问题。  

（3）能量密度可更高。在估算电池实际能量密度时，必须考虑活性材料容量极限，以及所有非活性组分（电解质、电极添加剂、金属负极等）重量。  

如果仅用固体电解质代替液态电解液，电池的体积能量密度基本保持不变。但因为固体电解质的密度比液态电解液高，所以非金属锂负极的固态电池的质量能量密度比相应的液态锂电池低。  

如果将电池电压从4.2V提高到5V，电池能量密度可提高20%以上。若采用电化学稳定性高的电解质体系匹配高容量、高电压正极、金属锂负极，可进一步提高固态电池能量密度。  

综上，固态锂离子电池能量密度可更高于传统锂离子电池能量密度（含个人理解）。  
 

图片来源：学堂在线《锂离子电池材料与技术》    

 

审核编辑：刘清