目前,,半固態(tài)電池電芯主要使用的固態(tài)電解質(zhì)是氧化物電解質(zhì),硫化物電解質(zhì)或為全固態(tài)電池主流路線,。硫化物電解質(zhì)在半固態(tài)電池技術(shù)路線中發(fā)展空間相對有限,,它是全固態(tài)電池的主流路線,因為電極中液體會破壞硫化物材料結(jié)構(gòu),,進(jìn)而影響電池性能,,目前氧化物體系因研發(fā)成本和難度相對較低,因此較多廠商選擇氧化物技術(shù)路線,;而硫化物研發(fā)難度較高,,因其優(yōu)異性能和較大潛力吸引資本較雄厚的電池廠商投入研發(fā)。
目前的技術(shù)路線來看,電解質(zhì)主要有3 條路線,,硫化物,、氧化物、聚合物,,其各有優(yōu)缺點,。
( 1)硫化物
核心在硫化鋰的價格與產(chǎn)能。
優(yōu)點:硫化物固態(tài)電解質(zhì)具有超高的離子電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性質(zhì),,其離子電導(dǎo)率可媲美液態(tài)電解質(zhì),,易于構(gòu)筑不含電解液的全固態(tài)鋰電池。其材料較軟,,跟負(fù)極接觸相對較好,,僅從技術(shù)上講這是最有希望量產(chǎn)的固態(tài)電解質(zhì)。
缺點:其空氣穩(wěn)定性差,,潮濕空氣里面不穩(wěn)定,,會產(chǎn)生硫化氫氣體,且硫化氫毒性較高,。合成工藝復(fù)雜,、生產(chǎn)率低且生產(chǎn)成本高,合成硫化物電解質(zhì)會用到硫化鋰前驅(qū)體,,硫化鋰前驅(qū)體成本非常昂貴,;整體的倍率性較低,,使用后有明顯的衰減,。以上極大地阻礙了硫化物電解質(zhì)的大規(guī)模應(yīng)用。另外,,當(dāng)前硫化物的相關(guān)有 60%以上patent被豐田申請,,未來或?qū)⑸婕?/span>patent問題。
( 2)氧化物
核心在做薄電解質(zhì)從而提升能量密度,。
優(yōu)點:電導(dǎo)率適中,,具有相對較高的離子電導(dǎo)率和較穩(wěn)定的化學(xué)特性。成本相對便宜,,其原材料較硫化物更便宜,,鋰、鑭,、鋯,、鈦、氧這些元素,,制備對環(huán)境要求不苛刻,。以上優(yōu)點有利于于大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
缺點:面電阻較大,,電導(dǎo)率變低后,,帶來的面電阻比較大,。加工困難,氧化物類似于一個陶瓷體,,很難做得很薄,,做不薄則整體的能量密度和體積電阻非常大。存在剛性界面接觸的問題以及嚴(yán)重副反應(yīng),,氧化物做成陶瓷體之后,,陶瓷體本身硬度較大,所以與正極,、負(fù)極接觸較差,,在微觀結(jié)構(gòu)下將產(chǎn)生很多氣孔,氣孔處沒有填充電解質(zhì),,因此無法傳導(dǎo)鋰離子,,導(dǎo)致整體的性能較差。
( 3)聚合物
核心在穩(wěn)定量產(chǎn),,吸濕性,、空氣穩(wěn)定性差。
優(yōu)點:聚合物固態(tài)電池結(jié)合了硫化物和氧化物優(yōu)勢,。電導(dǎo)率較氧化物體系更高,,跟硫化物比會差一點,整體成本較低,,其原料的元素多為氯,、鋯等,相對便宜,。合成過程相對簡單,,聚合物電解質(zhì)層可通過干法或濕法制備,電芯組裝通過電極和電解質(zhì)間的卷對卷復(fù)合實現(xiàn),;干法和濕法都非常成熟,,易于制造大電芯;易于制備出雙極內(nèi)串電芯,,從而提升單體電池電壓,。
缺點:與負(fù)極的接觸不穩(wěn)定,成膜均一性難控制,;難兼容高電壓正極 材料,,導(dǎo)致能量密度不高;電池只能在高溫下工作,。
( 4)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(CSSEs)
主要是以氧化物,、硫化物等為代表的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)和以聚氧化乙烯等聚合物為代表的有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)兩者的結(jié)合,利用路易斯酸堿相互作用,增加鏈段運動能力,,協(xié)同提升界面離子傳輸,。
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