亞洲新能源汽車網(wǎng)獲悉，動力電池已經(jīng)成為新能源汽車的必屬品，鋰離子電池備受青睞，但是現(xiàn)階段鋰離子電池的技術仍未成熟，安全問題也備受矚目，今年頻頻爆發(fā)的新能源汽車自燃事件更是引發(fā)消費者對于動力電池的廣泛關注，所以，固態(tài)電池技術或?qū)⒊蔀?a href="http://www.www-381818.com" target="_blank">電動汽車安全的核心所在。
    固態(tài)電解質(zhì)成趨勢
    “現(xiàn)在所使用的鋰離子電池成本較高，技術也不成熟，所產(chǎn)的鋰離子電池存在不少安全隱患。”哈爾濱工業(yè)大學教授王振波表示。
    據(jù)了解，近年來大型動力電池事故頻發(fā)，很大程度上是由于電池內(nèi)部使用液態(tài)電解質(zhì)。“是否安全對鋰離子電池儲能來說非常關鍵。”清華大學材料學院副教授李亮亮強調(diào)，“目前市場上商用的鋰離子電池一般都采用有機液態(tài)電液，它的缺點是易燃燒，還可能滲漏液體，造成環(huán)境污染。”
    兩個月前在韓國靈巖發(fā)生的鋰離子電池設備起火事件似乎印證了這一說法。
    “目前選擇使用的液態(tài)有機電解液易燃易爆，用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，是我們公認可以提升鋰電池安全性能最為有效的方法之一。”中國科學院青島生物能源與過程研究所副研究員董衫木表示。
    李亮亮表示：“固態(tài)電解質(zhì)不易燃，還不會產(chǎn)生液態(tài)電解液，因此不帶腐蝕性，是解決電池安全性問題的有效方法，也符合未來電池發(fā)展的趨勢。”
    技術瓶頸難突破
    “高安全性是儲能電池應用的基礎和前提，固態(tài)化是解決二次電池安全性的最佳途徑。固態(tài)鋰電池已進入全球加快布局和研發(fā)的階段，很多著名機構(gòu)都在開發(fā)固態(tài)鋰電池。”溫兆偉說。

    目前，包括韓國三星、日本豐田和我國寧德時代在內(nèi)的眾多電池和汽車廠商，都加大了固態(tài)電池研發(fā)投入，已有部分電池進入裝車測試階段。盡管前景可期，但由于技術和工藝上的種種問題，發(fā)展固態(tài)電池的道路絕非一帆風順。

    首先，高效的電解質(zhì)材料體系缺乏。溫兆偉指出，目前固態(tài)電池材料發(fā)展很快，但綜合應用較為欠缺。“作為固態(tài)電池的核心材料，目前在固體鋰離子導體的單一指標上已有所突破，但綜合性能尚不能滿足大規(guī)模儲能需求。”對此，董衫木也認為，“現(xiàn)今固態(tài)電池采用的固態(tài)電解質(zhì)普遍存在性能短板，距離高性能鋰離子電池系統(tǒng)的要求仍有不小的差距。”

    其次，固態(tài)電解質(zhì)和電極的界面處理也是固態(tài)電池目前面臨的一大難題。“在固體電解質(zhì)中鋰離子傳輸阻抗很大，與電極接觸的剛性界面接觸面積小，在充放電過程中電解質(zhì)體積的變化容易破壞界面的穩(wěn)定。”李亮亮指出。此外，在固態(tài)鋰電池中，除了電解質(zhì)和電極之間的界面，電極內(nèi)部還存在復雜的多級界面，電化學以及形變等因素都會導致接觸失效影響電池性能。
    再次，長期使用時穩(wěn)定性不理想也是長壽命儲能固態(tài)電池發(fā)展的瓶頸。“固態(tài)電池在服役過程中結(jié)構(gòu)與界面會隨時間發(fā)生退化，但退化對電池綜合性能的影響機制尚不明確，難以實現(xiàn)長效應用。”溫兆偉說。
    “固體電池接觸界面的失效行為以及背后的失效機理亟待闡明。”董衫木也表示，“我認為，構(gòu)建高性能固態(tài)電池需要從兩方面入手，一是構(gòu)建高性能的固態(tài)電解質(zhì)，二是提高界面的相容性和穩(wěn)定性。
    新技術層出不窮
    “針對固態(tài)電池，我們要從最基礎的材料、界面、單體，一直到最終的系統(tǒng)模塊進行研究，只有從根本上解決了關鍵材料和界面問題，才能開展系統(tǒng)的工藝研究，從而滿足單電池的性能要求。”溫兆偉說。
    而面對發(fā)展過程中接連不斷的挑戰(zhàn)，各種新技術“百家爭鳴”，一些固態(tài)電池技術有了最新突破。
    比如，在固體電解質(zhì)材料上，業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)基于石榴石結(jié)構(gòu)的鋰鑭鋯氧（LLZO）固體電解質(zhì)體系的固態(tài)電池具有優(yōu)異的循環(huán)性能和倍率性能，它也因此成為一大技術熱點。“LLZO是一種性能優(yōu)異的填料，能夠提高聚合物基復合固態(tài)電解質(zhì)的性能。基于LLZO的固態(tài)電池循環(huán)1000次后容量仍能保持81%。”李亮亮介紹。
    董衫木告訴記者了另一種電解質(zhì)材料思路——“剛?cè)岵保褂脛傂缘木酆衔锕羌芎蜔o機顆粒與柔性的聚合物離子傳輸材料融合。“通過聚合物和聚合物之間，以及聚合物和無機顆粒之間的路易斯酸堿相互作用，可為鋰離子傳輸創(chuàng)造新通道，大幅提升電解質(zhì)的綜合性能。”
    而界面處理的研究熱點主要集中在界面設計及修飾層上，目前凝膠化的界面設計已經(jīng)取得了較好成果。溫兆偉說：“通過凝膠態(tài)的聚合物對界面進行修飾，增加接觸面積的同時還可以緩沖循環(huán)過程中的體積效應，在室溫下經(jīng)過300次循環(huán)，基本無退化，這樣的結(jié)構(gòu)設計較好的改善了電池性能。”
    固態(tài)電池一體化的設計對于新能源汽車來說也起著至關重要的作用，在整體產(chǎn)業(yè)上，部分技術仍屬保密范疇，而對于工程化的應用也有所影響。如果想要了解更多關于新能源汽車行業(yè)的最新資訊，請關注亞洲新能源汽車網(wǎng)公眾號，我們將在第一時間推送！
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