中國粉體網訊 目前,鋰電池在便攜式電子設備和電動車等領域已經得到廣泛的應用,但其安全性不足問題日顯突出。傳統的鋰離子電池采用有機液體作為電解液,但有機電解液存在的易燃、易腐蝕等問題限制了鋰離子 電池的發展;同時,電池中金屬鋰負極產生的鋰枝晶會刺穿隔膜,導致電解液泄露、燃燒,引發嚴重的安全問題。固態電池采用固態電解質代替有機電解液,從根本上解決了傳統鋰離子電池的安全隱患。相比較之下,固態鋰電池具有很好的安全性,所以固態鋰電池被視為下一代鋰電池而受到工業界和學術界的廣泛關注。
由于可以大比例使用硅或金屬鋰,固態鋰電池的能量密度要遠高于現有的鋰電池體系;但由于固態電解質缺乏流動性,導致固-固接觸面積小,阻抗增大等問題出現,這一系列的界面問題已成為制約固態電池發展的瓶頸。
固態電池中的界面挑戰主要體現在正極/電解質界面、負極/電解質界面和電解質晶粒之間的穩定性問題。固-固界面穩定性將嚴重影響電池的電化學性能和安全性,針對不同的界面問題,可將界面挑戰分為:物理機械穩定性、化學穩定性、電化學穩定性和熱穩定性。
(1)物理機械穩定性
全固態電池中固態電解質和電極的物理機械穩定性不佳,會導致電極/電解質界面處產生結構應力,隨著電化學循環的進行,結構應力不斷累加,最終影響電池的電化學性能。
(2)化學穩定性
電極和電解質材料固-固界面的高阻抗是影響全固態電池電化學性能的重要因素,而界面處的化學穩定性和電化學穩定性是影響固-固界面阻抗的主要原因。
(3)電化學穩定性
不同于化學穩定性,全固態電池中固-固界面的電化學穩定性是指在外電場的作用下,保持其界面處物理化學性質穩定的能力。
(4)熱穩定性
研究表明,改善固態電池的熱穩定性問題可以使電池在高溫下正常工作且表現出較好的循環性能。因此,提升熱穩定性可以顯著提高電池的安全性能,消除潛在的安全風險并拓寬電池的工作溫度范圍,使其應用更加廣泛。
固態鋰電池的大規模推廣使用,面臨的主要難題是固態電解質和電極之間的界面的機械穩定性和電阻。為深入探究固態電解質和電極之間的界面問題,2022年2月22-23日,由中國粉體網主辦的“第三屆高比能固態電池關鍵材料技術大會”將于湖北武漢東方建國大酒店舉辦,屆時將邀請來自哈爾濱工業大學(威海)的蘇新教授作《固態鋰電池界面機械和電化學性能研究》報告。該報告主講人將講述應用一種同步應力測試方法來研究固態電解質界面的機械化學衰減問題,以及其對內阻的影響。
個人簡歷:
蘇新,哈工大威海新能源學院教授、博士生導師,2019山東省泰山學者青年專家,2020國家高層次人才計劃;先后任職于美國布朗大學、阿貢國家實驗室、Eagle-Picher 科技和A123系統;2006年起致力于鋰電池材料、設計、安全和生產等方面基礎和應用研究;先后負責由美國聯邦機構、美敦力、Eagle-Picher 科技、A123系統等資助的鋰電池材料,鋰電池安全,特種/動力鋰電池設計研發和生產相關項目;成功研發了兩款高性能鋰電池;同時在國際一流學術期刊(Nature Energy, Advanced Energy Materials, ACS energy letters and Chemistry of Materials等)上發表29篇SCI論文。
參考資料:
王晗,安漢文等. 全固態電池界面的研究進展
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