概述
固态锂离子电池是一种新兴的电池技术，与传统液态锂离子电池相比具有多项显着优势. 这也使得固态锂离子电池被视为下一代电池技术. 尽管固态锂离子电池在安全性方面仍有许多需要改进的地方, 力量, 与当今最先进的锂离子电池相比的能量密度, 比如依靠高质量固体电解质的发现和应用来替代目前使用的液体溶液.
锂电池产业不断发展, 每天进行研究以开发越来越高性能的创新技术，以确保该产品具有更多的范围, 更大的力量, 和更短的充电时间.
从这个意义上说, 固态电池技术似乎是最后的技术前沿, 这种新兴的解决方案具有成为电动汽车未来的巨大潜力. 它具有一系列巨大的优势, 但也有许多限制阻碍了其进入市场.
目录
什么是固态锂离子电池?
直接回答: 两者都是锂电池, 但这样会更好.
他们的工作原理是一样的, 只是固态锂电池内部没有液体成分. 在传统锂离子电池中, 电解质是液体. 一般由锂盐组成 (如LiPF6 6, 氟化锂 4, 或氯化锂 4) 溶于有机溶剂 (例如碳酸亚乙酯, 碳酸二甲酯, ETC。). 智能手机电池中有一种叫做电解质的液体成分, 它允许锂离子自由流动并在充电后为您的设备供电. 这也会导致手机掉落时出现漏液的现象.
固态电池与锂离子电池: 揭示差异
电池储能发展中, 两大竞争对手正在争夺榜首位置: 固态电池和锂离子电池. 这些强大的电池为我们的消费电子产品和可再生能源系统提供动力. 随着出现 固态电池 技术, 电池行业正在经历一场技术革命, 挑战锂离子电池的主导地位.
但固态电池和锂离子电池的主要区别是什么?
正如前面提到的, 主要区别在于它们的电解质成分, 从他们的名字也可以看出. 除了, 我们可以了解更多. 也可以理解为, 为什么要研究固态锂电池? 它有什么好处?
能量密度
固态锂离子电池： 这种类型的电池可以容纳几乎是液态锂离子电池两倍的能量, 特别是当用较小的材料替换阳极材料时.
锂离子电池：不同化学原料组成的锂离子电池的容量可能会有所不同, 但与固态电池相比, 它们的能量密度较低.
电解质材料
电池的电解质是一种导电化学混合物，允许金属离子在阳极和阴极之间流动, 从而产生电化学反应.
市面上常见的锂离子电池与固态锂电池的主要区别在于前者采用液体电解质来调节电流, 而固态电池则选择固体电解质.
固态锂离子电池: 使用固体电解质代替液体电解质可以减轻整体重量并提高能量密度. 这在某些运输方式中也会有一些重量优势.
锂离子电池: 电化学反应发生在液体电解质中, 导致锂离子在阴极和阳极之间流动.
锂离子电池有不同的化学类型, 并且它们之间也存在差异. 有LCO, 改性活生物体, 磷酸铁锂, 国家计算机协会, 低温氧化, 等等. 您可以阅读这篇文章，标题为 “6 可供选择的锂离子电池的化学类型” 以获得更详细的了解.
锂电池安全
固态锂电池: 固体电解质降低热事故风险, 让他们更安全, 不仅在交通上，而且在使用上.
锂离子电池: 容易遇到过热等安全问题, 扩张, 和火, 比铅酸电池带来更大的风险.
锂电池可持续使用多久
固态锂电池: 与液体相比，固体电解质具有更高的稳定性和更低的反应性, 从而实现相对较长的使用寿命.
锂离子电池: 电池的充电次数被限制在一定范围内. 液态锂离子电池对温度要求稍高, 以及充电时的环境温度, 放电, 通常会注明用途. 与固态电池相比，它的寿命较短.
固态电池的结构
每个锂离子电池都有:
两个电极, 它们是能够接受嵌入其结构中的锂离子的化合物.
正极是指采用LFP等正极材料制成的电池的正极, 国家管理委员会, 改性活生物体, ETC.
阳极是指由负极材料制成的电池的负极 (例如碳或石墨等非活性物质).
中央隔断, 这是由塑料聚合物制成的薄层 (聚乙烯或聚丙烯), 作为阳极和阴极之间的隔板, 以及绝缘体.
电解质: 离子运动的介质; 含有锂盐的有机液体. 电解液充满电池内部的整个体积, 浸入电极, 并允许锂离子移动.
在现有的锂离子电池中, 隔板的主要作用是绝缘, 但它没有其他功能. 它被液体电解质完全饱和. 阳极通常由石墨制成, 锂离子穿过电解质并插入阳极和阴极的晶体结构中. 这些结构内部有间隙，可以容纳极小的锂离子颗粒.
然而, 固态电池的内部结构有所不同，因为它的所有组件和介质都是固态的.
固态电池由以下几部分组成:
阳极: 由锂金属制成 (纯锂).
阴极: 由与锂离子电池相同的化合物制成 (比如LFP, 国家管理委员会, 改性活生物体, ETC。).
隔膜, 通常是陶瓷或固体聚合物, 也用作电解质.
中间的灰色层是固体隔离物, 它不仅充当阳极和阴极之间的隔膜, 也可作为电解质.
所以, 它既是离子运动的介质，又具有电绝缘功能, 充当阳极和阴极之间的机械膜. 这种坚固耐用的支撑可以去除阳极的石墨结构, 确保锂金属直接积聚在阳极上. 此外, 有一些半固体溶液, 其中电解质是凝胶状物质.
可见，固态电池概念在电解质和隔膜的空间和材料应用方面更胜一筹.
固态锂离子电池如何工作?
固态电池的工作原理与传统锂离子电池非常相似, 不同之处在于它们使用固体电解质而不是锂离子流经的液体电解质. 这样做的最大优点是固态电池不存在液体电解质的所有安全隐患.
但基本的操作原理是一样的. 在固态电池中, 纯锂聚集在电池的正极, 然后在放电时从负极流向正极, 以金属形式积累，而不是像标准液体电解质电池那样含有金属氧化物电极. 此功能不仅使电池更安全, 而且还节省了大量的空间.
固态电池有哪些优点?
产品尺寸
固态电解质已取代传统锂离子电池中的隔膜, 与普通锂离子电池相比，占用空间更少，重量更轻. 技术突破有望应用于飞机、卡车等运输领域.
电池重量
锂是最轻的金属元素, 这使得固态电池中的锂金属阳极能够在更小的封装中提供更高的能量密度. 这样, 固态电池已成为一种轻量化的选择.
例如, 随着电动汽车规模的不断扩大, 为了维持里程数据，所需的电池容量也在增加, 这也带来了体重增加的问题. 因为重量的增加会导致轮胎磨损增加, 导致更多的颗粒污染物. 所以, 减轻电动汽车及其电池的重量不仅有助于减少废气排放, 还可以减少轮胎磨损和颗粒释放. 固态电池可以为其提供优良的基础要求.
安全性和使用期限
锂离子电池含有挥发性和易燃液体电解质, 造成火灾的危险. 固态电池, 另一方面, 可以承受更高的温度，具有更强的热稳定性, 制作 他们更安全.
由于其较小的尺寸和较高的能量密度, 固态电池可以在更小的空间内储存更多的能量, 这意味着使用它们可以延长电池寿命.
一家制造商声称他们的电动汽车可以行驶 745 一次充电可行驶里程.
在充电速度方面, 固态电池也很优秀. 电动汽车中的锂离子电池通常需要 20 分钟到 12 充满电的小时数, 而固态电池至少可以充电到 80% 他们的能力只是 10 到 15 分钟.
固态电池还具有更长的使用寿命，并且可以充电至 5 是锂离子电池的数倍, 从而延长电池的整体寿命. 数据对比显示固态锂电池更胜一筹.
减少碳足迹
固态电池使用更少的材料，可以通过以下方式减少对气候的影响 39% 与锂离子电池相比. 这意味着它也更加环保，符合碳中和的发展理念.
快速充电
最新研究发现， 固态电池的充电速度 比现有锂离子充电技术快六倍. 但为了达到这个速度, 其他一些关键绩效指标可能会被牺牲, 所以需要进一步优化.
然而, 可以证实液态电解质在高温下容易损坏, 而固体电解质在高温下表现更好. 这意味着固态电池在快充和发热过程中能够有更好的表现, 也可以认为在发热方面不损失自己的性能.
为什么我们需要它们?
通过引入固态锂离子电池, 固态电池与锂离子电池的区别分析, 以及固态电池的优点, 我们有了全面的了解.
为什么我们需要它们?
传统的液体电解质锂电池必须具有相当大的体积才能为汽车等大型设备提供动力. 而且这些电池存在安全隐患, 它们可能会因温度变化而膨胀，或在受到过度压缩时泄漏. 需要注意的是里面的液体是易燃的.
每个人都经历过焦虑 “手机电池电量低” 并了解使用过程中的电池寿命问题也是一个因素.
虽然传统 锂离子电池 与以前的电池相比有所改进, 他们在解决这些问题上仍然存在不足. 充电速度慢和使用寿命有限使其在许多应用中表现不佳.
而固态电池正在逐步解决这些问题. 它们的体积较小，但容量较大, 重量较轻, 以及更高的安全性. 充电速度更快，寿命更长, 所以可以极大的弥补传统锂电池的缺点. 这也是我们需要它们的原因.
什么时候会 我们 能够看到固态锂离子电池
固态技术已少量应用于以下领域:
适合在合适气候下工作的电池
航空航天应用电池
半固态或固态混合电池.
一家中国汽车公司最近推出 50 配备半固态电池的汽车
但固态电池仍在开发中, 要想大规模商业化应用还存在一些挑战需要克服.
成本
现在, 固态电池的生产成本高于普通锂离子电池，因为它们使用的材料更昂贵，生产工艺也更复杂. 通常, 成熟的市场技术在投入使用前经过优化, 所以这仍然是一个持续的过程.
扩大规模
固态电池的开发大部分仍处于实验室阶段, 固态电池被认为比传统电池更安全. 然而, 锂金属针状生长引发的短路风险问题仍亟待研究解决. 同时, 如何扩大生产规模也是一个持续研究的课题.
稳定性问题
固态电池在充放电过程中就像呼吸一样. 锂金属阳极在充电时变厚，在放电时变薄. 主要问题在于如何同时保持其固定状态和压缩状态.
电池必须保持压缩状态，以确保内层不会分离, 但仅仅将其固定在外壳上是不够的, 因为电池需要灵活的伸缩性 “呼吸”.
所以, 需要设计复杂的机械结构. 使用弹簧在压缩过程中保持所有部件的灵活性, 但这个机械系统复杂且昂贵, 导致量产困难.
由于固态电池的构成, 扩张是无法完全避免的. 通过进行研究来减少需求压力, 电池可以在较低压力下保持稳定性或使用更先进的材料来满足需求. 这将是未来技术发展的一个重点方向.
分离器和温度
离子实际上是带电原子的物质, 使它们更容易在液体中移动. 允许离子在固体中自由移动, 分隔符 (例如陶瓷隔板) 必须有特殊的组件. 现在, 我们有一些高性能固体电解质, 但这些电解质在室温下表现不佳. 它们只有在高于以下温度时才能成为良导体 50 摄氏度.
这限制了固态电池的实际应用, 因为车辆中的电池无法无限期地保持高温.
当固态电池温度不高时, 他们的表现将显着下降. 所以, 需要进一步研究以确保固体电解质在低温下也能表现良好, 以便将固态电池运用到更多的实际应用中.
固态电池领域的研发正在快速推进, 许多专家认为，固态电池最终将成为电动汽车等领域的标准.
结论
许多电池行业制造商对这项有前景的技术感兴趣, 比如奔驰, 大众汽车, 丰田, 特斯拉, ETC。, 他们正在研究和开发上投入大量资源. 如果技术问题解决了, 他们将成为市场的第一人，从而掌握话语权. 预计将在 2024 和 2026, 备受期待、值得关注.
