近年來，動力鋰電池起火爆炸事故頻發(fā)，據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生50起鋰離子電池起火爆炸事件。提高電池的安全性能一直是鋰電人孜孜追尋的課題，而此時，兼具安全性和高續(xù)航優(yōu)勢的固態(tài)電池逐漸走進大家的視野。

液態(tài)鋰離子電池安全性亟待提升

液態(tài)鋰離子電池已成為當(dāng)下最為成熟且使用最廣泛的技術(shù)路線，但其安全性問題卻成為業(yè)界當(dāng)前遲遲攻克不下的難題。據(jù)鋰電大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2016年共發(fā)生了50起鋰離子電池起火爆炸事件，鋰離子電池起火爆炸事故頻發(fā)為我們敲響警鐘鋰離子電池安全性能亟待提升。

鋰離子電池為何頻頻起火?究其原因還是電池內(nèi)部的活性物質(zhì)及電解液發(fā)生反應(yīng)，溫度過高失控導(dǎo)致。固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電池的安全性。我國科學(xué)院物理研究所研究員李泓曾表示，在未來，很多電池形態(tài)將以全固態(tài)形式出現(xiàn)，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，為提高安全性未來大體策略就是固態(tài)化。

固態(tài)電池能量密度提升2倍

續(xù)航里程問題始終是限制純電動汽車普及的關(guān)鍵因素之一，而電池續(xù)航里程的長短在很大程度上取決于電池儲能能力即單位體積的能量密度。當(dāng)工作電壓只能在固定區(qū)域內(nèi)，要提升電池能量密度，只能依靠對電極材料的能量密度提升。目前現(xiàn)有鋰離子電池正極材料一般有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等，而負極材料一般為石墨、硬/軟碳、鈦酸鋰以及合金負極材料，這些材料的可挖掘空間已經(jīng)并不大。所以，要大幅提升鋰離子電池的續(xù)航里程，除非在電極材料上能找到新的替代品。此時，與液態(tài)鋰離子電池相比能量密度提升2倍的固態(tài)電池脫穎而出。

從理論的提出時間來看，固態(tài)電池并不是一個新的概念。此前，我國工程院院士陳立泉專門就固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及其優(yōu)越性能進行了闡釋，并提出，固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電動汽車的安全性，因此他建議應(yīng)大力支持固態(tài)電池的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。假如能量密度進一步提高，大于500瓦時/公斤的話，從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰離子電池體系探索研究。

固態(tài)電池受到科研界廣泛關(guān)注

固態(tài)電池或?qū)⒊蔀橄乱徊诫姵匕l(fā)展的主流方向。但固態(tài)電池還面對生產(chǎn)工藝待提高、成本待下降的發(fā)展瓶頸，為此科研界為此進行大量研發(fā)工作。

由美國前密歇根大學(xué)工程學(xué)教授瑪麗˙塞思特里創(chuàng)辦的Sakti3研發(fā)出了一種使用平板電視與太陽能面板制造技術(shù)制成的固態(tài)鋰離子電池，這種電池因采用薄膜沉積技術(shù)，使其造價僅為目前鋰離子電池造價的五分之一，然而能量密度卻是鋰離子電池的兩倍。

2016年九月，中科院青島生物能源與過程研究所研發(fā)出高能量密度、高性能全固態(tài)鋰離子電池，已通過11千米全海深模擬壓力倉循環(huán)壓力測試，將來有望成為蛟龍?zhí)柕热Ｉ钌顫撈鞯睦硐肽芰縿恿?。該新型全固態(tài)電解質(zhì)膜的電化學(xué)窗口可高達4.6V，電解質(zhì)熱穩(wěn)定溫度至少能達到200℃，當(dāng)這種電解質(zhì)用于全固態(tài)鋰離子電池時，經(jīng)過1000次的充放電長循環(huán)，仍保持92%的容量。即使當(dāng)研究人員對這種固態(tài)電池進行切角和穿釘測試時，它仍然可以正常地進行充放電。另外，研發(fā)團隊開發(fā)出一系列綜合性能優(yōu)異的全固態(tài)聚合物電解質(zhì)，將鋰離子電池的能量密度提高了兩倍，電動汽車的續(xù)航里程有望提高到450公里以上，應(yīng)用前景極其廣闊。

瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員們，通過石榴石作為電解質(zhì)，使得固態(tài)電池電極和電解質(zhì)之間的接觸面積放大，從而實現(xiàn)了固態(tài)電池充電速度加快的效果，并且夠承受100℃的高溫。

美國SunCultureSolar則將固態(tài)電池技術(shù)應(yīng)用到儲能領(lǐng)域中，其開發(fā)的新型一體化太陽能電池板，內(nèi)置有固態(tài)低壓電池，并與逆變器無縫集成。這種完全一體化的產(chǎn)品設(shè)計，可將太陽能安裝和儲能總成本降低50%以上。

美國國家特種航天局在與邁阿密大學(xué)合作，研制一種新型固態(tài)鋰離子電池。這種固態(tài)電池的體型比傳統(tǒng)鋰離子電池更小，可以用在立方體衛(wèi)星等微型衛(wèi)星上。

今年一月，北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院高分子科學(xué)與工程系范星河教授/沈志豪副教授及其研究團隊成功研發(fā)出了一種新型、具有高溫穩(wěn)定性的鋰離子電池固態(tài)聚電解質(zhì)膜，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)研究、產(chǎn)業(yè)格局。