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固态锂电池:让能量密度与安全性升级

时间:2018-11-07 08:35来源:未知 作者:秒速赛车 点击:
传统的液态锂电池,被科学家们喻为摇椅式电池,摇椅两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。其中的锂离子如同优秀的运动员在正负两极间来回奔跑,在运动过程中即完成电

  传统的液态锂电池,被科学家们喻为“摇椅式电池”,摇椅两端为电池的正负两极,中间为电解质(液态)。其中的锂离子如同优秀的运动员在正负两极间来回奔跑,在运动过程中即完成电池的充放电过程。

  然而,这种看似有趣的结构却存在隐患。据不完全统计,今年上半年电动汽车发生过10起燃烧事故。某消防单位对此总结,新能源汽车发生燃烧最为常见的主要场景表现为充电过程中的燃烧,此外,电池在行驶或停驶过程中也会产生燃烧。

  不久前,在北京召开的第二届储能电池技术发展方向研讨会上,就目前电池存在的问题,与会专家提出固态电池相对是未来比较理想的选择,并在如何提升其能量密度与安全性方面提出发展路径。

  液态锂电池为何会频发爆炸,有专家分析,原因在于传统锂电池在大电流下工作有可能出现锂枝晶,从而刺破隔膜导致短路破坏;电解液为有机液体,在高温下会加剧发生副反应、氧化分解、产生气体、发生燃烧的倾向。

  而近年来,学术界、产业界认为采用固态电池在安全性上相对有所保障,视其可以继承液态锂电池的“江湖地位”。

  “储能的春天已经到来,储能行业开始萌芽开花,在各类储能技术中,电池储能最受关注,也是发展最快的储能技术方向。全固态锂离子电池是规模化储能理想的化学电源。”中国科学院电工研究所储能技术研究组陈永翀教授表示。

  专家认为,全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本主解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。

  “固态电解质电池将是下一个风口,是新能源电池未来主要发展趋势。相较于传统锂电池,固态锂电池的差异在于电解质固态化,理论上存在一定的优势。”北京理工大学电动车辆国家工程实验室、中国电工技术学会电动车辆专业委员会委员孙立清曾表示。

  由于固态锂电池技术采用锂、钠制成的玻璃化合物为传导物质,取代以往锂电池的电解液,大大提升锂电池的能量密度。采用固态电解质,可以把电池的可燃性降低,虽然电池中有一些燃烧成分,但是固态电解质能够起到阻止燃烧作用,由此,相比传统的有机电池体系电池,固态电解质不会引起燃烧。

  那么,固态电池的固态电解质如何工作?据专家介绍,其具有的密度以及结构可以让更多带电离子聚集在一端,传导更大的电流,进而提升电池容量。因此,在同样的电量下,固态电池体积将变得更小。而且,由于固态电池中没有电解液,封存将会变得更加容易,在汽车等大型设备上使用时,也不需要再额外增加冷却管、电子控件等,不仅节约了成本,还能有效减轻重量。

  将固态电解质引入锂电池,是为了突破目前有机电解液存在的种种限制,提升电池的能量密度、功率、温度范围和安全性。与会专家提出,真正实现这些目标,仍需首先解决现有电解质材料本身以及与电极界面存在的一些问题。

  中国科学院上海硅酸盐研究所副研究员靳俊介绍说,近几年我们实验室主要开发采用固态电解质的锂硫电池体系。用固体电解质修饰金属锂后,可以发现电池的循环稳定性得到很大提高。秒速赛车软件:研究人员提出一个双电解质体系锂硫电池概念,采用具有锂离子导电特性LAGP体系的固体电解质,在正负极间采用少量液态电解液进行界面润湿,测试结果可以看到,首次放电比容量能够达到理论容量80%以上,相比于普通的液态锂硫电池得到很大提高,尤其在充放电效率方面,基本上接近100%,完全没有液态锂硫电池中存在的穿梭效应问题。

  为了进一步解决电池的安全问题,我们把这个界面通过凝胶化,这样保证里面没有流动态的电解液,通过聚合物进行修饰,还可以缓冲循环过程中的体积效应。

  清华大学材料学院副教授李亮亮表示,目前研发团队正在做一个氧化物固态电解质及固态锂电池的原形,采用三元正极,固态电解质膜和石墨负荷作负极,电池能量密度以及安全性非常好,容量仅仅下降不到10%,上千次循环后容量保持81%。固态电池具有高的能量密度、安全性好,可实现长时间的循环。

  合肥博澳国兴能源技术有限公司郑明森博士指出,目前研发的叠片式大容量固态聚合物锂离子电池,结构相对简单、节点少,不需要管理系统,在组装电池组时只需串联而非并联。采用一些固态的电解液替代传统的液态电解液,以解决电池的漏液,以及碰撞后燃烧问题,提高了电池的安全性。目前在合肥皇冠假日酒店建立1GWh储能示范电站,通过184块单体芯可提供储能1000度电能的单元模块,运行8个月以来,没有加空调降温,而电池容量并未衰减。

  当然,固态电池开发还在路上,仍存在一些关键问题有待突破。专家表示,固体电池应用于储能领域需考虑到长寿命、安全性等因素。另外,还需解决长期循环过程中的体积效应、稳定性和界面相容性等问题。目前正针对关键核心问题展开更详细的研究。

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  盐湖型锂矿储量、资源量在各类型锂矿中占绝对优势,据统计盐湖卤水型锂矿约占全球锂矿总储量的78%,而就经济可采储量而言,其占比高达91%,且盐湖提锂具有成本优势。

  一种能量密度更高的技术可以释放比其它同类产品更多的能量,且体积更小。

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  采用易燃有机电解液的锂离子电池,一直制约着锂二次电池(又称为充电电池或蓄电池)向电动汽车和大规模储能领域发展。近日,武汉大学化学与分子科学学院曹余良教授团队与美国西北太平洋国家实验室,共同在《自然能源》在线发表关于非燃磷酸酯电解液在锂离子电池应用的研究成果。贺艳兵对此解释说:“这项研究一改在电解液中添加阻燃剂,提出直接用非可燃溶剂磷酸三乙酯,能够同时保证电池的优异电化学和安全性能。”

  锂离子电池体积小、重量轻、能量高、循环寿命长、耐久性好、电压高及耐热性好的特点使其具有潜在的优势。医疗电子产品制造商可以利用这些特性,拓宽产品市场,并最终给消费者、医疗专业人员和病人带来治疗等方面的好处。

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  4、至少每月检查一次电解液的高度。对没有标志线的蓄电池,电解液加到高过极板10-15mm便可;有两条红线的蓄电池,电解液不能超过上边红线,否则电解液可能外溢在正负极之间形成自放电,造成发动机不易起动,并缩短蓄电池寿命。

  目前在汽车行业内,日本丰田、本田已经推出了氢能源的量产车型:Mirai和Clarity,续航里程高达750公里。此外,日产聆风也开始加紧开发氢燃料电池汽车。据了解,三家车企已于2107年联手成立了加氢联盟,旨在推动氢燃料电动汽车的推广和普及。

  锂离子电池被普遍认为具有如下的优点:比能量大;比功率高;自放电小; 无记忆效应;循环特性好;可快速放电,且效率高;工作温度范围宽;无环境污染等,因此有望进入21世纪最好的动力电源行列。预计在2006~2012 年期间,当锂离子电池进一步发展时,MH/Ni蓄电池的市场份额将缩小。锂离子市场份额将会扩大。已经有采用锂离子蓄电池的电动自行车产品出售。

(责任编辑:秒速赛车)
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