
近年来,目光已经转为新的锂金属电池技术,但在其研究过程中,稳定性和安全性仍是一个挑战。然而,有一种新研发的固态电解质材料有可能解决这个难题。美国和加拿大的科研小组开发出一种新型锂基固态电解质(SSE)材料已经在实验中显示出很好的应用前景。

近年来,全固态锂电池(ASSLBs)因其固态电解质而非传统的液态电解质而备受关注。固态电解质具有许多优点,如更高的安全性、更好的能量和功率特性。然而,固态电解质的硬度导致其在阴极表面的润湿性较差,并且难以向阴极均匀供应锂离子,这导致了固态电池的容量损失。特别是在厚电池正极(例如毫米厚度的正极)中,这个问题变得更加明显。

电解质能够实现正负电极间的电荷传递、防止电池短路,是所有电池中不可缺少的部分。上个世纪90年代至今,“锂离子电池”实现了商品化,推动了电子产品、新能源汽车等飞速发展,其中的电解质材料主要为液态有机小分子。近年来,随着科技发展,大量设备对电池能量密度提出了更高要求。“全固态锂金属电池”具有高能量密度、高安全性等优点,有望成为下一代储能设备。但传统液态电解质存在易泄漏、易燃易爆等风险,无法用于“全固态锂金属电池”。聚合物电解质具备高(电)化学稳定性、可加工性等优势,被认为是实现“全固态锂金属电池”的关键材料之一。

随着公众对于新能源汽车日益增长的需求,除了电池容量衰减引起的里程焦虑外,一系列因电池安全问题造成的新能源车自燃事故严重影响了公众对于新能源车的消费信心,阻碍了新能源车的进一步推广应用。隔膜作为锂电池的关键部件之一,不仅防止了电池正负极的直接接触短路,还为锂离子转移提供了必要传输通道,直接影响着锂电池的循环性能表现。然而,传统聚烯烃类商用隔膜的熔点低、机械强度差,遇热时易收缩、在电池循环过程中易被锂枝晶穿刺,从而引发电池短路,甚至造成起火和爆炸。

全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷,同时进一步提升能量密度,对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是,由于全固态锂电池的核心材料—固态电解质—难以兼顾性能和成本,目前该技术的产业化仍面临巨大阻碍。

美国能源部橡树岭国家实验室已将电池电解质技术独家授权给Safire Technology Group。五项专利技术的集合是专为锂离子电池设计的一种滴入式添加剂,可防止爆炸和火灾的影响。

相比于目前商业化的锂离子电池,全固态锂电池兼具更高的安全性和更大的能量密度提升空间,将为新能源汽车的全面普及和“碳达峰、碳中和”目标的实现提供巨大助力。但是,作为全固态电池核心部件的固态电解质材料,仍存在诸多瓶颈。特别的,在大规模生产的成本以及综合电化学性能上同时表现优异的固态电解质,目前尚未见报道。7月20日,中国科学技术大学的马骋教授报道了一种在这两方面同时具备显著优势的固态电解质,为全固态电池的商业化移除了重大障碍